ES2913182T3 - Contactor líquido-líquido agitado y uso de un contactor líquido-líquido agitado - Google Patents

Contactor líquido-líquido agitado y uso de un contactor líquido-líquido agitado Download PDF

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Abstract

Un contactor (3) liquido-liquido agitado para una fase orgánica continua y una fase acuosa dispersa y carente de secciones de calma, de manera que el contactor líquido tiene solo zonas activas y ninguna zona pasiva, y que comprende un elemento interno (2) metálico agitado y un elemento interno (1) estático, en donde la energía superficial del elemento interno (1) estático, medida mediante la técnica de la gota sésil, es < 40 mN/m. en donde el contactor (3) líquido-líquido agitado es una columna RDC o una columna Kühni o una QVF-Ruhrzellen- Extraktor o una columna Scheibel.

Description

DESCRIPCIÓN
Contactor líquido-líquido agitado y uso de un contactor líquido-líquido agitado
La invención se refiere a un contactor líquido-líquido agitado según la reivindicación 1 y al uso de un contactor líquidolíquido agitado según la reivindicación 6 independiente.
La figura 1 muestra esquemáticamente una imagen de un contactor líquido-líquido agitado en el estado de la técnica y se refiere a los casos cuando una fase acuosa se dispersa en una fase orgánica continua. La figura muestra una observación detallada de los ensayos en una columna piloto de 60 mm. Los líquidos aplicados en estos ensayos fueron diclorometano puro de grado técnico como la fase continua y una corriente de alimentación acuosa que contenía agua > 20 % en peso de un componente orgánico que es soluble en diclorometano y > 20 % en peso de un producto inorgánico. El caudal del diclorometano fue de aproximadamente 20 kg/h, el caudal de la alimentación acuosa fue de aproximadamente 10 kg/h en ambos montajes. La figura 1 muestra una dispersión de gotitas acuosas en una fase orgánica usando elementos internos hechos todos de metal. Se ve que un gran número de gotitas se adhieren a las placas 1, 13. Estas gotitas ya no se transportan a través del contactor 3 y, por lo tanto, no contribuyen a la transferencia de masa total. Actúan como líquido atrapado y solo aumentan la retención local. La desventaja del sistema es que las gotitas de agua no pueden volverse lo suficientemente finas y permanecer dispersas durante períodos de tiempo más largos. Por lo tanto, el contactor se vuelve muy ineficiente. Además, las condiciones hidrodinámicas en la extracción empeoran debido a que las gotitas se adhieren a los elementos internos.
Los contactores líquido-líquido son bien conocidos en la técnica anterior. Se usan diferentes métodos y aparatos para mejorar la cantidad y/o calidad de los procesos y aparatos de transferencia de masa o calor. Los líquidos en un contactor líquido-líquido de este tipo fluyen continuamente y en la misma corriente o en contracorriente a través de una o más torres o columnas que pueden tener elementos internos especialmente diseñados montados en ellas. Los aparatos de este tipo comprenden elementos internos estáticos, por ejemplo, placas divisorias, y/o elementos internos agitados, por ejemplo, un eje y agitadores, para afectar a las propiedades físicas del líquido y las condiciones hidrodinámicas. A veces, el empaque estructurado también se usa para proporcionar un mejor contacto entre los líquidos ascendentes más livianos y los líquidos sedimentarios más pesados, y un mejor contacto significa una mayor eficiencia.
Los contactores líquido-líquido generalmente se construyen para proporcionar un flujo de líquido pesado descendente desde una parte superior del contactor y líquido liviano ascendente que tiene una densidad menor con respecto a la fase pesada desde una parte inferior del contactor. Se ha encontrado deseable en la parte de contacto líquido-líquido de la técnica anterior proporcionar aparatos y métodos que permitan una transferencia eficiente de calor y/o masa, o contacto líquido-líquido, en el que el contacto de los fluidos se puede lograr con una caída de presión mínima a través de una zona dada de dimensiones mínimas. La alta eficiencia y la baja caída de presión que dan como resultado un alto rendimiento específico son criterios de diseño importantes en las operaciones de contacto líquido-líquido. Se necesita un área interfacial suficiente para el contacto líquido-líquido para la función principal de transferencia de calor y/o masa. Con tal aparato, los constituyentes pesados y livianos de la alimentación se recuperan en la parte inferior y superior de la torre, respectivamente.
A través de sistemas agitadores, se forman las gotitas de un primer líquido y permanecen dispersas en un segundo líquido durante períodos de tiempo más largos. Un ejemplo de un contactor líquido-líquido activo se muestra en el documento US 2,493,265. Un aspecto de la invención expuesto en esta referencia comprende una columna o cámara sustancialmente vertical provista de una sección de mezcla en la que se instalan uno o más agitadores para promover el contacto íntimo entre los líquidos para provocar un contacto de equilibrio entre ellos. Por encima y por debajo de las cámaras de mezcla están las secciones de calma donde se montan capas de empaque fibroso, preferiblemente del tipo autoportante, como por ejemplo, un rollo de malla de alambre de punto tubular. Tal como se expone en la patente de Scheibel, el empaque de las secciones de calma detiene el movimiento circular de los líquidos y permite que se separen. Por lo tanto, en la capa inferior del empaque, el líquido más pesado se deposita y fluye hacia abajo, en contracorriente hacia una corriente ascendente de líquido más liviano y a través de ella. De forma similar, en la capa superior de empaque, la corriente ascendente de líquido más liviano fluye en contracorriente hacia una corriente descendente de líquido más pesado y a través de ella. Los agitadores están montados en un eje central que se extiende a través de la columna y el eje gira mediante cualquier dispositivo adecuado, tal como un motor. Un diseño de la patente de Scheibel más reciente se expone y se muestra en el documento US 2,850,362. En este sistema, la pantalla de malla de alambre autoportante que se extiende verticalmente a través de toda la sección de calma se expone y muestra de nuevo. Tales sistemas agitados que se describen aquí son muy complejos y caros de instalar. Debido a las cámaras de mezcla existentes y las secciones de calma, la altura de la columna aumenta innecesariamente y se reduce el rendimiento. Además, se necesita la sección de calma porque la agitación necesaria es muy intensa.
Otro contactor líquido-líquido se describe en el documento EP 0543552 B1. El ejemplo se refiere particularmente al el llamado “Proceso Purex” para recuperar uranio de desechos o material gastado que contiene contaminantes no deseados, por lo tanto, un flujo de corrientes a contracorriente de una fase acuosa y una fase orgánica que pasan a través de una columna de extracción de contacto de fluidos. Por lo tanto, se usan placas perforadas de dispersión de fase que tienen un borde periférico superior redondeado en un contorno elíptico para reducir la coalescencia de las gotitas de fase que pasan a su través. Un aspecto de la invención es que los líquidos en la columna no se agitan sino que típicamente se bombean mediante bombas de pulsos o placas de dispersión de movimiento alternativo axial para permitir la formación de gotitas y la coalescencia óptimas en cada placa. Las placas de dispersión de fase se podrían construir con materiales no humectantes o plásticos tales como el teflón, si la fase acuosa está dispersa y la fase orgánica es continua. Esto evita que las gotitas de la fase acuosa humedezcan la superficie de las placas o de la columna al contacto. La principal desventaja del sistema descrito en el documento EP 0543552 B1 es que el sistema no es un contactor agitado, para que las gotitas del primer líquido no puedan volverse lo suficientemente finas y permanecer dispersas en el segundo líquido durante períodos de tiempo más largos. Además, el contactor se vuelve caro de instalar, ya que el uso de bombas pulsadas o placas de movimiento alternativo axial es complejo.
Otro ejemplo de una columna de extracción agitada se da en el documento WO 97/10886. Allí se muestra una columna agitada, en particular un sistema de extracción líquido-líquido a contracorriente. Los dispositivos de agitación se disponen dentro de cada una de las secciones de mezcla. El empaque estructurado se monta dentro de las secciones de calma y entre las secciones de mezcla. El empaque estructurado montado dentro de las secciones de calma comprende al menos una capa de placas de contacto corrugadas dispuestas en una relación generalmente cara a cara para facilitar el flujo de líquido entre ellas. Las placas tienen forma de lámina y están formadas de metal o están formadas o recubiertas con una clase de plásticos de ingeniería que incluyen teflón y polipropileno. El documento WO97/10886 trata de una columna agitada pero también solo menciona la sección alterna de empaque estructurado entre los agitadores y reivindica el plástico como material para el empaque. En consecuencia, el documento WO97/10886 muestra las mismas desventajas que el documento US 2,493,265. Ambas patentes no resuelven el problema de la humectación de las partes estáticas dentro del contactor líquido-líquido eligiendo un material de construcción apropiado. Además, el sistema agitado es muy complejo y caro de instalar. Debido a las cámaras de mezcla existentes y las secciones de calma, la altura de la columna aumenta innecesariamente y se reduce el rendimiento.
El documento GB 2051 602 A describe otra columna más de extracción líquido-líquido; sin embargo, esta descripción tampoco resuelve el problema de la humectación de las partes estáticas. De hecho, el documento GB ‘602 tiene la intención opuesta en el sentido de que la fase dispersa humedece las paredes de sus conductos para formar grandes depósitos coherentes en su columna descrita. El documento GB ‘602 alega que esta humectación luego debería mejorar la coalescencia en sus zonas pasivas. En particular, el propósito de esta coalescencia/precipitación en los conductos es estrechar o abrir la sección transversal de los conductos, regulando por lo tanto automáticamente el flujo a través de la sección transversal de los conductos según las velocidades/capacidad de alimentación del proceso de extracción. Sin embargo, es deseable que muchas columnas de extracción líquido-líquido operen sin zonas pasivas y, por lo tanto, esta descripción tiene una aplicabilidad limitada.
Por lo tanto, el objeto de la invención es proporcionar un contactor líquido-líquido agitado con elementos internos estáticos con un diseño mejorado y eficaz y su uso y para mejorar un contacto, transferencia de calor o transferencia de masa de los líquidos en el contactor líquido-líquido agitado, que es eficiente y operativamente simple de usar.
Los temas de la invención que satisfacen este objeto se caracterizan mediante las características del contactor líquidolíquido agitado independiente de la reivindicación 1 y el uso independiente de la reivindicación 6.
Las reivindicaciones dependientes se refieren a realizaciones particularmente ventajosas de la invención.
Según la invención, esto se consigue mediante un contactor líquido-líquido agitado para una fase orgánica continua y una fase acuosa dispersa y carente de secciones de calma, de manera que el contactor líquido solo tiene zonas activas y ninguna zona pasiva, y que comprende un elemento interno metálico agitado y un elemento interno estático, en donde la energía superficial del elemento interno estático es < 40, preferentemente < 30, más preferentemente < 25, lo más preferentemente < 20 mN/m.
El elemento interno estático es una parte inmóvil del contactor líquido-líquido. El elemento interno estático puede comprender una o varias o todas las partes inmóviles del contactor líquido-líquido. Sin embargo, el elemento interno estático también puede ser cualquier parte inmóvil, en particular un rompedor de vórtices y/o un manguito distanciador y/o una placa divisoria. Tales elementos internos estáticos son bien conocidos en la técnica por permitir el flujo radial pero ofrecen una alta resistencia al flujo axial.
Una propiedad del elemento interno estático puede ser la energía superficial. Como energía superficial se puede entender una propiedad que cuantifica la ruptura de los enlaces intermoleculares que se producen cuando se crea una superficie. En la física de los sólidos, las superficies deben ser intrínsecamente menos favorables energéticamente que el volumen de un material. Por lo tanto, la energía superficial se puede definir como el exceso de energía en la superficie de un material en comparación con el volumen.
La energía superficial se mide mediante la técnica de la gota sésil usando la teoría de Fowkes para determinar la energía superficial a partir de los ángulos de contacto del agua líquida polar y el diyodometano líquido no polar como líquidos de sonda en una superficie. La técnica de la gota sésil es un método usado para la caracterización de las energías superficiales sólidas y, en algunos casos, los aspectos de las energías superficiales líquidas. La premisa principal del método es que colocando una gotita de líquido con una energía superficial conocida, la forma de la gotita, específicamente el ángulo de contacto, y la energía superficial conocida del líquido son los parámetros que se pueden usar para calcular la energía superficial de la muestra sólida. Los líquidos usados para tales experimentos se denominan líquidos de sonda, por ejemplo, agua y diyodometano. El ángulo de contacto se mide usando un goniómetro de ángulo de contacto que usa un subsistema óptico para capturar el perfil del líquido sobre el sustrato sólido. El ángulo formado entre la interfaz líquido/sólido y la interfaz líquido/vapor es el ángulo de contacto. La ISO 15989 proporciona un método estándar para medir el ángulo de contacto en superficies de plástico. Otros métodos representativos conocidos incluyen el DIN EN 328 para los pegamentos y el ASTM D 724-94 para la humectabilidad del papel.
La energía superficial del elemento interno estático es < 40, preferiblemente < 30, más preferiblemente < 25, lo más preferiblemente < 20 mN/m. Por lo tanto, el elemento interno estático, tal como se emplea en el contactor líquidolíquido agitado de esta invención, se debería construir o recubrir con material no humectante, típicamente plástico. Esto evita ventajosamente que las gotitas, por ejemplo, las gotitas acuosas, de un primer líquido o un segundo líquido humedezcan los elementos internos estáticos al contacto. Además, esto evita la coalescencia de las gotitas, aumenta el área interfacial específica y, por lo tanto, aumenta el rendimiento de separación. Además, una de las ventajas debidas al uso del elemento interno estático con baja energía superficial es un mejor contacto del primer y segundo fluido y un mejor contacto significa una mayor eficiencia.
El contactor líquido-líquido agitado puede ser una torre o una columna. Se pueden disponer uno o más elemento(s) interno(s) estático(s) en el contactor líquido-líquido agitado, así como uno o más elemento(s) interno(s) agitado(s). El elemento interno estático puede comprender una o varias o todas las partes inmóviles del contactor líquido-líquido. El elemento interno agitado puede comprender una o varias o todas las partes móviles del contactor líquido-líquido. Los elementos internos agitados se pueden montar en un eje central que se extiende a través de la columna y el eje se puede girar mediante cualquier dispositivo adecuado, tal como un motor. La agitación de los elementos internos agitados en la presente invención se puede entender como un movimiento radial de las partes móviles. La agitación en la presente invención excluye un movimiento axial, en particular la pulsación de bombas de pulso o el movimiento alternativo de elementos internos de movimiento alternativo axial. Por lo tanto, los deflectores que tienen conductos axiales para permitir el flujo axial pero que ofrecen una alta resistencia al flujo radial, tal como los descritos en el documento GB 2051 602 A, están excluidos del elemento interno estático de la presente invención, como puede verse en las presentes figuras 2 a 4.
Según la invención, el contactor líquido-líquido agitado carece de secciones de calma. En otras palabras, el contactor de la presente invención solo tiene zonas activas y no tendrá ninguna zona pasiva. Debido a los efectos beneficiosos de los elementos internos estáticos de la presente invención para mejorar el contacto, la transferencia de calor o la transferencia de masa en el contactor agitado, por ejemplo, promoviendo la dispersión de gotitas en el contactor, a menudo no se necesitarán secciones de calma, minimizando por lo tanto el coste y la complejidad del contactor y el proceso de contacto.
El contactor liquido-liquido agitado comprende generalmente un flujo de corrientes a contracorriente de un primer líquido, en particular una fase acuosa, y un segundo líquido, en particular una fase orgánica, con una primera entrada para el primer líquido y una primera salida para el segundo líquido situada en un área superior del contactor. Además el contactor comprende una segunda salida para el primer fluido y una segunda entrada para el segundo fluido situadas en un área inferior del mismo. Por lo tanto, se produce un flujo descendente de un primer líquido, en particular un líquido pesado, desde una parte superior del contactor y un flujo ascendente de un segundo líquido, en particular un líquido liviano desde una parte inferior del contactor. El contactor líquido-líquido agitado puede establecer contacto entre el primer y el segundo fluido para permitir la transferencia de calor o la transferencia de masa entre el primer y el segundo líquido. A menudo, en contactores líquido-líquido agitados, una fase orgánica se dispersa en una fase acuosa continua. Esta invención se refiere en particular a los casos en los que se debe dispersar una fase acuosa en una fase orgánica continua.
Según una realización preferida, el elemento interno estático es un rompedor de vórtices y/o un manguito distanciador y/o una placa divisoria. El rompedor de vórtices y/o el manguito distanciador y/o la placa divisoria son partes inmóviles del contactor líquido-líquido agitado. No obstante, el elemento interno estático puede comprender otras partes inmóviles. El elemento interno estático puede ser parte de una zona de agitación del contactor líquido-líquido agitado. Sin embargo, ventajosamente, tales elementos internos estáticos proporcionan un rendimiento de separación suficiente. Los elementos internos estáticos se pueden fabricar fácilmente y los elementos internos estáticos ya existentes se pueden reemplazar, ya que no se necesita una gran robustez mecánica. Además, otra ventaja es que esto reduce los costes y abarata los elementos internos estáticos.
Las elementos internos estáticos del contactor líquido-líquido agitado de la presente invención, en particular el rompedor de vórtices y/o el manguito distanciador y/o la placa divisoria, no son empaques estructurados o partes de empaques estructurados y tampoco empaques aleatorios. El empaque estructurado y el empaque aleatorio se usan generalmente en contactores líquidos-líquidos pasivos (sin agitación inducida mecánicamente) o en la zona de calma de los contactores de extracción líquido-líquido agitados. Sin embargo, el empaque estructurado y el empaque no aleatorio no proporcionan un rendimiento de separación suficiente y, por lo tanto, se deben usar contactores líquidolíquido agitados con elementos internos estáticos.
Otra realización de la invención es que el elemento interno estático comprenda plástico, una cerámica o una superficie vidrio y/o el elemento interno estático consista en plástico, cerámica o vidrio. Según otra realización preferida, el plástico es un fluoropolímero. Los elementos internos estáticos se pueden recubrir o laminar con plástico, o una cerámica o una superficie de vidrio. Esta es una solución más económica para proporcionar una superficie de baja energía. Asimismo, el elemento interno estático puede consistir en plástico, cerámica o vidrio. De manera ventajosa, los elementos internos estáticos se pueden fabricar fácilmente y tener una mayor durabilidad. Esta es la solución más económica para evitar el requisito de recubrimiento o laminación.
Los elementos internos estáticos, tal como se emplean en esta invención, se pueden construir de material con una energía superficial < 40, preferentemente < 30, más preferentemente < 25, lo más preferentemente < 20 mN/m. Por lo tanto, el elemento interno estático se puede revestir o consistir en plástico, en particular PoliTetraFluoroEtileno (PTFE) o Etileno-TetraFluoroEtileno (ETFE) o Fluoruro de Etileno Propileno (FEP), que se usa en un contactor estático. En algunas realizaciones, el plástico será un plástico distinto del Fluoruro de PoliViniliDeno (PVDF). Para algunas aplicaciones, el PVDF tiene las desventajas de mayor coste, mayor expansión y solubilidad, menor resistencia química y menor punto de fusión en comparación con los plásticos perfluorados como el PTFE. Como resultado, en un contactor líquido-líquido agitado con elementos internos estáticos puede estar hecho de tales plásticos y los elementos internos agitados están hechos de metal tal como acero inoxidable o vidrio. Ventajosamente, esto evita que el contactor líquido-líquido agitado, en particular el elemento interno estático, sea humedecido mediante gotitas del primer fluido, en particular una fase acuosa dispersa. Además, estos fluoropolímeros son los polímeros de menor energía superficial con una buena resistencia química.
Además, el objeto se logra según la presente invención mediante un contactor líquido-líquido agitado que comprende un elemento interno agitado metálico y un elemento interno estático. El contactor líquido-líquido agitado está adaptado para el flujo de líquidos en el mismo, en el que los líquidos fluyen en un flujo de corrientes a contracorriente y dicho contactor líquido-líquido agitado comprende:
• una columna sustancialmente vertical que tiene un eje central que la atraviesa,
• un elemento interno agitado dispuesto dentro de dicho contactor,
• una primera salida para un primer fluido y una segunda entrada para un segundo fluido situadas en un área superior de la columna,
• y una segunda salida para el segundo fluido y una primera entrada para un primer fluido situadas en un área inferior de las mismas.
El contactor líquido-líquido agitado generalmente se usa con un flujo de corrientes a contracorriente de un primer líquido y un segundo líquido. El contactor líquido-líquido agitado puede comprender una columna o torre, en particular una columna sustancialmente vertical que tiene un eje central que la atraviesa. El contactor líquido-líquido agitado se puede subdividir en una o más secciones, en particular secciones horizontales, por lo tanto, una serie de etapas idénticas. El contactor líquido-líquido agitado se puede subdividir en una pluralidad de secciones separadas mediante los elementos internos estáticos, por ejemplo mediante una placa divisoria horizontal plana, anular y/o perforada, colocada a intervalos espaciados a lo largo de la pared interna del contactor. Dichos elementos internos estáticos separan la columna en secciones que se comunican, por ejemplo, a través de una abertura o perforación central en dicho elemento interno estático. Una misma sección se puede subdividir en una o más zonas, por ejemplo, una zona de mezcla y/o una zona de separación. En la zona de mezcla, los elementos internos agitados pueden mezclar completamente el primer y el segundo líquido; en cambio, en la zona de separación los líquidos se separan en razón de su diferente peso específico. El contactor líquido-líquido agitado puede comprender un eje que se puede extender hacia abajo del eje central del contactor. Los elementos internos agitados, por ejemplo, agitadores de paletas verticales, turbinas o palas, se pueden montar en dicho eje y extenderse hacia afuera desde el eje, en particular extenderse de forma radial.
El contactor líquido-líquido agitado puede comprender un medio de accionamiento para hacer girar el eje, por ejemplo, un motor de accionamiento para impulsar la mezcla del primer y el segundo fluido. El motor de accionamiento puede tener una velocidad variable y estar dispuesto, por ejemplo, en la parte superior del contactor líquido-líquido agitado. Además, el motor de accionamiento puede hacer girar el eje, en el que los elementos internos agitados pueden generar la agitación de los líquidos a medida que los líquidos pasan en flujo a contracorriente a su través. Los elementos internos agitados, en particular las paletas verticales o las turbinas montadas en palas, pueden crear agitación con un empuje no vertical. La agitación que se le imparte está diseñada para reducir el tamaño de las gotitas de líquido dispersadas en otro líquido de fase continua. Se ha demostrado que la agitación de los elementos internos agitados produce una configuración de gotitas suficientemente dispersas en tales montajes. El diámetro típico de gotita puede ser de 2-3 mm pero no debería ser <1 mm.
El elemento interno estático se puede disponer dentro del contactor líquido-líquido agitado, en el que el elemento interno estático comprende una o varias o todas las partes inmóviles del contactor líquido-líquido agitado, en particular un rompedor de vórtices y/o un manguito distanciador y/o una placa divisoria. Los elementos internos estáticos mejoran el proceso de contacto, transferencia de calor o transferencia de masa en un contactor de líquido agitado.
Según la invención, el contactor líquido-líquido agitado es una columna de extracción de plataforma giratoria (RDC) o una columna Kühni o una QVF-Ruhrzellen-Extraktor o una columna Scheibel.
Según la invención, los elementos internos agitados están hechos de metal. Un material del que están hechos el contactor líquido-líquido agitado, así como el elemento interno estático y agitado, depende de si la fase orgánica o acuosa está dispersa o no dentro de la otra. Correspondiente a nuestra invención la fase acuosa es dispersa y la fase orgánica es continua, es por ello que los elementos internos agitados están hechos de metal, por ejemplo de acero o de acero inoxidable y los elementos internos estáticos y/o el contactor se puede revestir o consistir en plástico, en particular PTFE o ETFE o FEP. En algunas realizaciones, el plástico será un plástico distinto del PVDF. Ventajosamente, esto evita que las gotitas de la fase acuosa humedezcan el elemento interno estático o la superficie de la columna al contacto.
La invención se refiere además al uso de un contactor líquido-líquido agitado en un proceso de contacto o transferencia de calor o transferencia de masa, en particular en un proceso de extracción líquido-líquido. El proceso de transferencia de calor o de transferencia de masa, en particular en un proceso de extracción líquido-líquido, es una aplicación estándar del contacto bifásico. Ventajosamente, el uso del contactor líquido-líquido agitado, en particular un elemento interno estático, según la invención hace que el proceso de transferencia de calor o transferencia de masa, en particular en el proceso de extracción líquido-líquido, sea más eficiente, por lo tanto, el rendimiento es mayor y se mejora el rendimiento de separación.
Según la invención, el proceso de extracción líquido-líquido comprende dos fases líquidas y las dos fases tienen una tensión interfacial de al menos 1 mN/m, preferiblemente más de 5 mN/m. Una fase es una fase acuosa y una segunda fase es una fase orgánica que tiene típicamente una tensión interfacial de 10-30 mN/m. Una técnica común para medir la tensión interfacial es el método de volumen de gota similar a la norma ASTM D2285-99.
Según la invención, el elemento interno estático tiene un ángulo de contacto estático > 30, preferiblemente 60, más preferiblemente > 90 grados con una fase dispersa. El ángulo de contacto se puede definir como el ángulo entre la superficie de la muestra sólida y la tangente de la forma ovalada de la gotita en el borde de la gotita. Un ángulo de contacto alto indica una baja energía superficial sólida o afinidad química. Esto también se conoce como un bajo grado de humectación. Un ángulo de contacto bajo indica una alta energía superficial sólida o afinidad química, y un grado alto o, a veces, completo de humectación. Ventajosamente, el elemento interno estático tiene un ángulo de contacto alto, lo que indica una baja energía superficial sólida o un bajo grado de humectación.
Otras medidas ventajosas y realizaciones preferidas del método resultan de las reivindicaciones dependientes.
La invención se explicará con más detalle a continuación tanto en un aspecto del aparato como en un aspecto de la ingeniería del proceso con referencia a las realizaciones y al dibujo. En el dibujo esquemático se muestran:
La figura 1 muestra esquemáticamente una imagen de un contactor líquido-líquido agitado en el estado de la técnica;
La figura 2 muestra esquemáticamente un dibujo detallado de una primera realización del contactor líquido-líquido agitado;
La figura 3 muestra esquemáticamente un dibujo detallado de los elementos internos estáticos y agitados según la presente invención;
La figura 4 muestra esquemáticamente una imagen del contactor líquido-líquido agitado según la presente invención.
Haciendo referencia a la figura 2, se muestra esquemáticamente un dibujo detallado de una primera realización del contactor líquido-líquido agitado. El contactor 3 líquido-líquido agitado, por ejemplo una columna o una torre, tiene una forma cilíndrica vertical cerrada por la parte superior y la parte inferior. Montado centralmente a lo largo de toda la longitud del contactor 3 a lo largo de un eje axial central A hay un elemento interno 2 agitado, un eje 2 giratorio asentado en el cojinete superior (no se muestra). El eje 2, 23 se extiende a través de un cojinete en la parte superior del contactor 3 para conectarse con un medio de accionamiento, en particular un motor 9 de accionamiento de velocidad variable dispuesto encima. Montados en el eje 2, 23 giratorio, a intervalos espaciados, se extienden de forma radial horizontalmente otros elementos internos 2 agitados, en particular mezcladores, turbinas, discos o agitadores. Los elementos internos 2 agitados son preferiblemente agitadores de tipo turbina con aletas o paletas 22 y placas guía (no se muestran en el dibujo) a lo largo de la periferia de una placa 21 horizontal giratoria. El número de aletas 22 en cada agitador 2 puede variar. Convenientemente se usan de dos a ocho, preferiblemente de cuatro a seis, aletas 22. Las aletas o paletas 22 no tienen inclinación para impartir solo flujo horizontal a los fluidos. La rotación de los agitadores en cada sección se efectúa acoplando el eje 2, 23 en el que se montan los elementos internos 2 agitados a un motor 9 de accionamiento a través de un engranaje mecánico (no se muestra). El contactor 3 líquido-líquido agitado está preferentemente dividido en una sección 10. En esta vista en sección transversal en alzado lateral particular, las secciones 10 se muestran con menos detalle. Cada sección 10 está limitada y definida mediante dos elementos 1 internos estáticos, las placas 1, 13 divisorias estáticas. Una altura y, por lo tanto, la sección 10 está definida mediante un manguito 11 distanciador. Cada sección 10 está separada de la sección adyacente mediante las placas 1, 13 divisorias estáticas que se pueden montar contra la pared 4 del contactor. El diámetro exterior de las placas 1, 13 divisorias estáticas es aproximadamente el mismo que el diámetro interno del contactor 3.
Estas placas 1, 13 divisorias estáticas anulares se colocan por encima y por debajo de los elementos internos 2 agitados en cada sección 10 y controlan el flujo de los líquidos. Las placas 1, 13 divisorias estáticas tienen una abertura central para acomodar el eje 2, 23 giratorio y están montadas en la zona central a lo largo del eje A del contactor 3. En otras realizaciones típicas de la invención, las placas divisorias 1, 13 tienen perforaciones adicionales. Se mantiene un espacio libre suficiente en la abertura central y en las proximidades de la pared 4 del contactor para proporcionar un área libre para el flujo suave de líquido alrededor de la placa 1, 13 de la manera ilustrada en la figura 2. Las placas 1, 13 divisorias estáticas se puede instalar en el manguito 1, 12 distanciador que se extiende verticalmente. El contactor 3 está equipado con una primera salida 5 para un primer fluido y una segunda entrada 6 para un segundo fluido situada en un área superior del contactor 3 y una segunda salida 7 para el segundo fluido y una primera entrada 8 para un primer fluido situada en un área inferior del mismo. Si se desea, se pueden insertar entradas o salidas de líquido adicionales en cualquier punto de la columna. Además, los puertos de acceso también se pueden insertar en puntos apropiados en las paredes superiores o laterales del contactor 3 en cualquier número deseado. También se pueden incluir en la estructura mirillas e indicadores de nivel de líquido (no se muestran). El contactor 3 se puede construir en unidades de subconjunto que se unen mediante bridas. La invención, sin embargo, no se limita a la combinación particular de características estructurales ilustradas en cada una de las figuras.
La figura 3 muestra esquemáticamente un dibujo detallado de los elementos internos estáticos y agitados según la presente invención. La figura 3 corresponde sustancialmente a la figura 2. La figura 3 muestra, montados en el eje 2, 23 giratorio, a intervalos espaciados, otros elementos internos 2 agitados que se extienden de forma radial horizontalmente, en particular mezcladores o agitadores. Los elementos internos 2 agitados son preferiblemente agitadores de tipo turbina con aletas o paletas 22 a lo largo de la periferia de una placa 21 horizontal giratoria. El contactor 3 líquido-líquido agitado se divide en una sección 10, que se muestra en detalle. Cada sección 10 está limitada y definida mediante dos elementos internos 1 estáticos, las placas 1, 13 divisorias estáticas. La altura y, por lo tanto, la sección 10 está definida por un manguito 11 distanciador. Cada sección 10 está separada de la sección adyacente mediante las placas 1, 13 divisorias estáticas.
Los elementos internos 2 agitados y los manguitos distanciadores entre las placas divisorias están en la región del patrón de flujo de vórtice. Así que ambas partes fluyen bien con la fase continua. Si las gotitas comienzan a humedecer estas partes, se arrastrarán. Para mantener la dispersión de las gotitas dentro de la columna de extracción, los elementos internos estáticos deben tener una baja humectabilidad y un gran ángulo de contacto con la fase de gotitas dispersas. Por lo tanto, las fases en la presente invención son opuestas en términos de la naturaleza de las fases portadora y dispersa (agua frente a orgánica) en relación con el material de construcción de los elementos internos estáticos frente a los del documento GB ‘602, en los que la fase orgánica dispersa debe coalescer los elementos internos de teflón y humedecerlos. En el proceso de la presente invención, se debe evitar que la fase acuosa dispersa humedezca los elementos internos estáticos de plástico (fluoropolímero). Combinando este requisito con la humectabilidad del plástico y del metal mencionada anteriormente, se debe aplicar una dispersión que contenga gotitas orgánicas en una fase acuosa continua en una columna con elementos internos de metal. Para una dispersión de gotitas acuosas en una fase orgánica continua, las partes estáticas deben estar hechas de plástico.
Con referencia a la figura 4, la figura 4 muestra una imagen del contactor líquido-líquido agitado según la presente invención. La figura 4 se refiere a los casos cuando una fase acuosa se dispersa en una fase orgánica continua. Los líquidos aplicados en estos ensayos fueron diclorometano puro de grado técnico como fase continua y una corriente de alimentación acuosa que contenía agua > 20 % en peso de un componente orgánico que es soluble en diclorometano y > 20 % en peso de un producto inorgánico. El caudal del diclorometano fue de aproximadamente 20 kg/h, el caudal de la alimentación acuosa fue de aproximadamente 10 kg/h en ambos conjuntos. La figura muestra una observación detallada de los ensayos en una columna piloto de 60 mm. Las placas 1, 13 divisorias son la parte principal para promover la humectación y la coalescencia. Para verificar el impacto de estas placas 1, 13 divisorias, los elementos 1 internos estáticos de metal se reemplazan por elementos 1 internos estáticos de plástico. Sorprendentemente, cambiando los elementos 1 internos estáticos se mejora sustancialmente el comportamiento de humectación. Ventajosamente, los elementos 1 internos estáticos son fáciles de reemplazar sin tener que enfrentarse a los desafíos de los elementos 2 internos agitados de plástico. La figura 4 muestra una dispersión de gotitas acuosas en una fase orgánica usando los elementos 1 internos estáticos hechos de plástico. Se observa que casi ninguna gotita se adhiere a las placas 1, 13 y se mejora visualmente el patrón de flujo dentro de la columna.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un contactor (3) liquido-liquido agitado para una fase orgánica continua y una fase acuosa dispersa y carente de secciones de calma, de manera que el contactor líquido tiene solo zonas activas y ninguna zona pasiva, y que comprende un elemento interno (2) metálico agitado y un elemento interno (1) estático, en donde la energía superficial del elemento interno (1) estático, medida mediante la técnica de la gota sésil, es < 40 mN/m.
en donde el contactor (3) líquido-líquido agitado es una columna RDC o una columna Kühni o una QVF-Ruhrzellen-Extraktor o una columna Scheibel.
2. Un contactor (3) líquido-líquido agitado según la reivindicación 1, en el que el contactor (3) líquido-líquido agitado está adaptado para el flujo de líquidos en el mismo, en el que los líquidos fluyen en un flujo de corrientes a contracorriente y dicho contactor (3) líquido-líquido agitado comprende:
una columna (4) sustancialmente vertical que tiene un eje central (A) que la atraviesa,
un elemento interno (1) agitado dispuesto dentro de dicho contactor (3),
una primera salida (5) para un primer fluido y una segunda entrada (6) para un segundo fluido situadas en un área superior de la columna,
y una segunda salida (7) para el segundo fluido y una primera entrada (8) para un primer fluido situadas en un área inferior de las mismas.
3. Un contactor (3) líquido-líquido agitado según la reivindicación 1 o 2, en donde el contactor (3) líquido-líquido agitado es una columna de reacción o extracción o transferencia de masa.
4. Un contactor (3) líquido-líquido agitado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde los elementos internos (2) agitados están hechos de metal.
5. Un contactor (3) líquido-líquido agitado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde que la energía superficial del elemento interno (1) estático es < 30, preferiblemente < 25 y lo más preferiblemente < 20 mN/m.
6. El uso de un contactor (3) líquido-líquido agitado de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en un proceso de contacto o transferencia de calor o transferencia de masa.
7. El uso de un contactor (3) líquido-líquido agitado según la reivindicación 6, en donde el uso es un proceso de extracción líquido-líquido.
8. El uso de un contactor (3) líquido-líquido agitado según la reivindicación 6 o 7, en donde el proceso de extracción líquido-líquido comprende dos fases que tienen una tensión interfacial, medida mediante el método de volumen de gota ASTM D2285-99, de al menos 1 mN/m, preferiblemente más de 5 mN/m.
9. El uso de un contactor (3) líquido-líquido agitado según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en donde una fase es una fase acuosa y una segunda fase es una fase orgánica y en donde las dos fases tienen una tensión interfacial de 10-30 mN/m.
10. El uso de un contactor (3) líquido-líquido agitado según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en donde el elemento interno (1) estático tiene un ángulo de contacto estático, medido mediante la ISO 15989, >30, preferiblemente 60, más preferiblemente > 90 grados con una fase acuosa dispersa.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102078397B1 (ko) * 2015-10-29 2020-02-17 주식회사 엘지화학 교반기
DE102017208414A1 (de) 2017-05-18 2018-11-22 Contitech Schlauch Gmbh Elektrisch leitfähiger Schlauch
CN107137955A (zh) * 2017-06-30 2017-09-08 重庆天原化工有限公司 机械乳化连续萃取设备
FR3081167B1 (fr) * 2018-05-17 2020-06-12 IFP Energies Nouvelles Dispositif limitateur de vortex et de depots solides
WO2020047649A1 (en) * 2018-09-06 2020-03-12 1460798 Alberta Ltd. Counterflow vortex breaker
CN109569403A (zh) * 2018-12-07 2019-04-05 皇氏集团湖南优氏乳业有限公司 一种恒温封闭式牛奶混料罐
WO2024039668A1 (en) * 2022-08-15 2024-02-22 University Of Wyoming Apparatus and processes for solvent extraction of coal

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2493265A (en) 1947-11-26 1950-01-03 Hoffmann La Roche Extraction apparatus
US2601674A (en) 1948-06-18 1952-06-24 Shell Dev Liquid contact apparatus with rotating disks
US2729545A (en) * 1950-09-20 1956-01-03 Shell Dev Contact apparatus with rotating discs
US2850362A (en) 1955-03-29 1958-09-02 Hoffmann La Roche Extractor
FR2260369A1 (en) * 1974-02-13 1975-09-05 Commissariat Energie Atomique Pulse plate column for liq-liq extraction - has coalescing plates increasing retention, specific flow rate and stability of operation
GB1601567A (en) * 1977-02-21 1981-10-28 Davy Mckee Oil & Chem Effecting liquid-liquid contact
JPS55162307A (en) * 1979-06-05 1980-12-17 Steiner Ladislav Liquiddliquid extracting tower
EP0036283A3 (en) * 1980-03-19 1982-03-31 DAVY MCKEE (MINERALS &amp; METALS) LIMITED Method and apparatus for liquid-liquid extraction
US5219533A (en) * 1991-11-18 1993-06-15 General Electric Company Apparatus for solvent extraction process
US5595661A (en) * 1994-08-03 1997-01-21 Schering Corporation Process for recover halocarbons from liquid waste slurries
CA2232382A1 (en) 1995-09-18 1997-03-27 Koch (Cyprus) Limited Agitated-packed extraction column
JP2002219302A (ja) 2001-01-25 2002-08-06 Sumitomo Heavy Ind Ltd 往復動プレート式液液抽出装置
CN1297331C (zh) * 2004-11-12 2007-01-31 高根树 萃取器
BRPI0714266A2 (pt) * 2006-08-17 2013-04-24 Dow Global Technologies Inc mÉtodo para efetuar separaÇço de lÍquido/lÍquido e mÉtodo para usar uma coluna de extraÇço de placas oscilantes para efetuar separaÇço de lÍquido/lÍquido
JP5212206B2 (ja) 2008-06-23 2013-06-19 凸版印刷株式会社 カラーフィルタの製造方法およびカラーフィルタ
CN201445827U (zh) * 2009-05-30 2010-05-05 潍坊益华化工有限公司 循环搅拌式萃取塔
BR112014019536A8 (pt) * 2012-02-14 2017-07-11 Sulzer Chemtech Ag Coluna de extração e processo para uso da mesma

Also Published As

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CA2933497A1 (en) 2015-06-25
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WO2015090661A1 (en) 2015-06-25

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