RU2026707C1

RU2026707C1 - Extractor for the system liquid-liquid

Info

Publication number: RU2026707C1
Authority: RU
Inventors: М.П. Матушкин; Г.В. Веревкин
Original assignee: Харьковское Научно-Производственное Объединение "Карбонат"
Priority date: 1991-08-23
Filing date: 1991-08-23
Publication date: 1995-01-20

Abstract

FIELD: chemical engineering. SUBSTANCE: extractor casing is made in the form of a column along whose axle a rotor-shaft is mounted. The casing is divided in height into sections by the partitions having the shape of a hopper. Basins with a perforated lateral surface are mounted on the shaft in the upper sections. The perforation size increases according to the basin height. The bottom and the inner lateral surface of the basins as well as the inner surface of the sections in which the basins are located, are equipped with a three-dimensional cellular grid. The grid is fixed to the extractor casing by means of flexible members. Mixing devices in the shape of upset frustums are mounted on the shaft in the lower sections. EFFECT: intensified extraction process and reduced power consumption. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к экстракционной аппаратуре для систем жидкость-жидкость, в частности к многоступенчатым центробежным экстракторам колонного типа. The invention relates to extraction equipment for liquid-liquid systems, in particular to multistage centrifugal column-type extractors.

Известна насадочная экстракционная колонна (Скобло А.И., Трегубова И.А. , Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: Химия, 1982, с. 296, рис. IX-21). Known packed extraction column (Skoblo A.I., Tregubova I.A., Molokanov Yu.K. Processes and apparatuses of the oil refining and petrochemical industry. M: Chemistry, 1982, p. 296, Fig. IX-21).

Экстракционная насадочная колонна состоит из корпуса, разделенного внутри на секции. В эти секции уложена насадка для дополнительного диспергирования и коалесценции дисперсной фазы, а также увеличения времени пребывания капель дисперсной фазы в аппарате. Между секциями насадки установлены тарелки для распределения потоков. Колонна имеет патрубки подачи и слива жидкостей. Extraction nozzle column consists of a housing divided internally into sections. A nozzle is placed in these sections for additional dispersion and coalescence of the dispersed phase, as well as an increase in the residence time of the droplets of the dispersed phase in the apparatus. Between the nozzle sections are plates for the distribution of flows. The column has nozzles for supplying and draining liquids.

Недостатки известного экстрактора - большие размеры этих колонн - высота и диаметр достигают 40 м и 5 м соответственно, большая производственная площадь, низкая производительность, так как некоторая часть сечения колонны занята насадкой, низкая интенсивность массопередачи. Это объясняется тем, что в системах жидкость-жидкость разность плотностей фаз значительно ниже, чем в системах газ-жидкость или пар-жидкость. Поэтому собственная энергия потоков, используемая для контактирования фаз, в экстракционных колоннах насадочного типа недостаточна для преодоления сил поверхностного натяжения и интенсивного диспергирования одной жидкости в другой. The disadvantages of the known extractor are the large sizes of these columns - the height and diameter reach 40 m and 5 m, respectively, a large production area, low productivity, since some part of the column section is occupied by a nozzle, low mass transfer rate. This is because in liquid-liquid systems the difference in phase densities is significantly lower than in gas-liquid or vapor-liquid systems. Therefore, the intrinsic energy of the flows used to contact the phases in packed column extraction columns is insufficient to overcome the forces of surface tension and intensively disperse one fluid into another.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является роторно-дисковый экстрактор, который представляет собой цилиндрическую колонну, корпус которой разделен по высоте перегородками на ряд секций, установленный по оси колонны ротор-вал с закрепленными на нем дисками для перемешивания фаз. Диски вращаются в середине каждой секции. В верхней части колонны установлена успокоительная перфорированная перегородка. Имеются патрубки для подвода тяжелой и легкой жидкостей, а также патрубки для слива тяжелой и легкой жидкостей. The closest to the claimed technical essence and the achieved result is a rotary disk extractor, which is a cylindrical column, the casing of which is divided in height by partitions into a number of sections, mounted on the axis of the column rotor-shaft with disks mounted on it for mixing phases. Discs rotate in the middle of each section. A soothing perforated partition is installed in the upper part of the column. There are nozzles for supplying heavy and light liquids, as well as nozzles for draining heavy and light liquids.

Принцип работы экстрактора-прототипа заключается в следующем. Движущиеся противотоком фазы (легкая и тяжелая жидкости) смешиваются в каждой секции вращающихся дисками и затем частично расслаиваются около неподвижных кольцевых перегородок. Если в экстракторе сплошной фазой является тяжелая жидкость, то для окончательного расслаивания легкой дисперсной фазы и сплошной служит верхняя часть аппарата, отделенная от рабочей зоны перфорированной перегородкой. The principle of operation of the prototype extractor is as follows. The phases moving in countercurrent (light and heavy liquids) are mixed in each section by rotating disks and then partially stratified near stationary annular partitions. If the solid phase in the extractor is a heavy liquid, then the upper part of the apparatus, separated from the working area by a perforated partition, serves as the final separation of the light dispersed phase and the solid.

Устройство-прототип по сравнению с описанным выше устройством имеет большее количество секций (ступеней). Однако данное устройство имеет ряд существенных недостатков: это невозможность работы при высоких скоростях потоков, большая нагрузка на привод, потому что вращение происходит в затопленном состоянии (жидкости движутся противотоком). Кроме того, дополнительное сопротивление на движение жидкостей оказывают кольцевые перегородки, установленные по всей высоте корпуса, недостаточная интенсивность процесса экстракции. The prototype device in comparison with the device described above has a larger number of sections (steps). However, this device has a number of significant drawbacks: it is the inability to work at high flow rates, a large load on the drive, because rotation occurs in a flooded state (liquids move countercurrent). In addition, annular partitions installed along the entire height of the casing and insufficient intensity of the extraction process provide additional resistance to the movement of liquids.

Цель изобретения - интенсификация процесса экстракции и снижение энергозатрат. The purpose of the invention is the intensification of the extraction process and the reduction of energy consumption.

Поставленная цель достигается тем, что в известном экстракторе для систем жидкость-жидкость, включающем корпус в виде колонны, разделенный по высоте перегородками на ряд секций, установленный по оси колонны ротор-вал с закрепленными на нем элементами для перемешивания фаз, расположенными в каждой секции, согласно изобретению, элементы для перемешивания фаз верхних секций выполнены в форме чаш с перфорированной боковой поверхностью, а нижних - в форме перевернутых усеченных конусов. Дно и внутренняя боковая поверхность чаш и внутренняя поверхность верхних секций, в которых они расположены, снабжены трехмерной ячеистой сеткой. Перегородки, разделяющие корпус на секции, имеют форму воронок. Размер перфораций на боковой поверхности чаш увеличивается по высоте чаши. Трехмерная ячеистая сетка прикреплена упруго к внутренней поверхности секций, в которых расположены перфорированные чаши. This goal is achieved by the fact that in the known extractor for liquid-liquid systems, including a casing in the form of a column, divided by height of the partitions into a series of sections, a rotor-shaft mounted along the axis of the column with elements for mixing phases located in each section mounted on it, according to the invention, the elements for mixing the phases of the upper sections are made in the form of bowls with a perforated side surface, and the lower ones in the form of inverted truncated cones. The bottom and inner side surface of the bowls and the inner surface of the upper sections in which they are located are provided with a three-dimensional mesh. The partitions dividing the body into sections are funnel-shaped. The size of the perforations on the side surface of the bowls increases in height of the bowl. A three-dimensional mesh is attached elastically to the inner surface of the sections in which the perforated bowls are located.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый экстрактор для систем жидкость-жидкость отличается тем, что элементы для перемешивания фаз верхних секций (экстракционная зона) выполнены в форме чаш с перфорированной боковой поверхностью, а нижних (сепарационная зона) - в форме перевернутых усеченных конусов. Дно и внутренняя боковая поверхность чаш и внутренняя поверхность верхних секций, в которых они расположены, снабжены трехмерной ячеистой сеткой. Перегородки, разделяющие корпус на секции, имеют форму воронок. Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the inventive extractor for liquid-liquid systems is characterized in that the elements for mixing the phases of the upper sections (extraction zone) are made in the form of bowls with a perforated side surface, and the lower ones (separation zone) in the form of inverted truncated cones. The bottom and inner side surface of the bowls and the inner surface of the upper sections in which they are located are provided with a three-dimensional mesh. The partitions dividing the body into sections are funnel-shaped.

Дополнительное отличие состоит в том, что размер перфораций на боковой поверхности чаш увеличивается по высоте чаши. Еще одно отличие заключается в том, что трехмерная ячеистая сетка прикреплена упруго к внутренней поверхности секций, в которых расположены перфорированные чаши. An additional difference is that the size of the perforations on the side surface of the bowls increases in height of the bowl. Another difference is that the three-dimensional mesh is attached elastically to the inner surface of the sections in which the perforated bowls are located.

На фиг.1 изображен экстрактор для систем жидкость-жидкость, общий вид; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1. Figure 1 shows an extractor for liquid-liquid systems, a General view; in FIG. 2 - node I in FIG. 1.

Экстрактор состоит из корпуса 1, представляющего собой колонну. По оси колонны установлен ротор-вал 2. Корпус 1 разделен по высоте неподвижными перегородками 3 на ряд секций. Неподвижные перегородки 3 имеют форму воронок. В каждой верхней секции экстрактора на валу 2 установлены чаши 4 с перфорированной боковой поверхностью. Размер перфораций 5 увеличивается по высоте чаши. Перфорации 5 могут быть различной формы: круглые, квадратные, прямоугольные и т. д. Дно и внутренняя боковая поверхность чаш 4, а также внутренняя поверхность верхних секций, в которых расположены чаши, снабжены трехмерной ячеистой сеткой 6. Трехмерная ячеистая сетка 6 прикреплена к внутренней боковой поверхности корпуса 1 с помощью упругих элементов 7. The extractor consists of a housing 1, which is a column. A rotor-shaft 2 is installed along the column axis. The housing 1 is divided in height by the fixed partitions 3 into a number of sections. The fixed partitions 3 are in the form of funnels. In each upper section of the extractor on the shaft 2 installed bowl 4 with a perforated side surface. The size of the perforations 5 increases in height of the bowl. Perforations 5 can be of various shapes: round, square, rectangular, etc. The bottom and inner side surface of the cups 4, as well as the inner surface of the upper sections in which the cups are located, are equipped with a three-dimensional mesh grid 6. Three-dimensional mesh grid 6 is attached to the inner the side surface of the housing 1 using elastic elements 7.

Каждая верхняя секция, образованная перегородками 3 и внутренней боковой поверхностью корпуса 1, в центральной части которой расположена перфорированная чаша 4, является экстракционной ступенью. Ряд экстракционных ступеней - секций образуют экстракционную зону. Воронки-перегородки 3 экстракционной зоны являются также устройствами для перелива жидкой фазы из верхней экстракционной ступени в нижерасположенную. Each upper section, formed by partitions 3 and the inner side surface of the housing 1, in the central part of which a perforated bowl 4 is located, is an extraction step. A number of extraction steps - sections form an extraction zone. The funnel baffles 3 of the extraction zone are also devices for overflowing the liquid phase from the upper extraction stage to the downstream.

Под экстракционной зоной расположена сепарационная зона, представляющая собой совокупность сепарационных секций-ступеней. Каждая сепарационная секция-ступень образована двумя перегородками 3 в форме воронок и внутренней боковой поверхностью корпуса 1, в центральной части которой на валу 2 установлен перевернутый усеченный конус 8. Воронки-перегородки 3 сепарационной зоны имеют более длинную образующую, чем воронки-перегородки 3 экстракционной зоны. Воронки-перегородки 3 сепарационной зоны, разделяя пространство сепарационной зоны на отдельные сепарационные секции-ступени, служат одновременно переливами для жидкой фазы с верхних сепарационных секций-ступеней на нижние. Under the extraction zone is a separation zone, which is a combination of separation sections-steps. Each separation section-step is formed by two baffles 3 in the form of funnels and an inner side surface of the housing 1, in the central part of which an inverted truncated cone is installed on the shaft 2. The funnel baffles 3 of the separation zone have a longer generatrix than the funnel baffles 3 of the extraction zone . The funnel baffles 3 of the separation zone, dividing the space of the separation zone into separate separation sections-steps, simultaneously serve as overflows for the liquid phase from the upper separation sections-steps to the lower.

Подачу тяжелой и легкой жидкостей в смеситель 9 осуществляют через штуцеры 10 и 11 соответственно. Через штуцер 12, сопло которого установлено на выходе из смесителя 9, по трубке 13 осуществляют подачу сжатого воздуха. В экстракторе имеются патрубки 14 и 15 для слива тяжелой и легкой жидкостей соответственно. The supply of heavy and light liquids to the mixer 9 is carried out through fittings 10 and 11, respectively. Through the nozzle 12, the nozzle of which is installed at the outlet of the mixer 9, compressed air is supplied through the tube 13. The extractor has nozzles 14 and 15 for draining heavy and light fluids, respectively.

Экстрактор для систем жидкость-жидкость работает следующим образом. An extractor for liquid-liquid systems works as follows.

Через штуцеры 10 и 11 подаются тяжелая и легкая жидкости в смеситель 9. Через штуцер 12 подается сжатый воздух в трубку 13, при этом, создавая разрежение в смесителе 9. Тяжелая и легкая жидкости увлекаются и с большой скоростью прямотоком подаются на первую ступень экстракции в место крепления чаши 4. Захватываемые сжатым воздухом, жидкости интенсивно перемешиваются, при этом значительно увеличивается поверхность контакта этих жидкостей. При выходе из трубки 13 смесь жидкостей с большой скоростью соударяется с трехмерной ячеистой сеткой 6 чаши 4 у центра вращающегося ротора-вала 2. При соударении с сеткой происходит дробление жидкостей на мелкие капли. Так как смесь движется с большой скоростью, то при соприкосновении с дном чаши 4 за счет разности плотностей происходит проникновение одной жидкости в другую. Heavy and light liquids are fed through the nozzles 10 and 11 to the mixer 9. Compressed air is supplied to the tube 13 through the nozzle 12, while creating a vacuum in the mixer 9. The heavy and light liquids are entrained and are fed directly to the first stage of extraction into the place with high speed bowl mounts 4. Captured by compressed air, liquids are intensively mixed, while the contact surface of these liquids is significantly increased. When exiting the tube 13, a mixture of liquids with high speed collides with a three-dimensional mesh grid 6 of the bowl 4 at the center of the rotating rotor-shaft 2. When colliding with the grid, the liquids are crushed into small droplets. Since the mixture moves at high speed, when it comes into contact with the bottom of the bowl 4, due to the difference in density, one liquid penetrates into another.

При вращении ступеней экстракционной и сепарационной зон с большой скоростью, смесь жидкостей от центра вращения движется к перфорированной боковой поверхности чаши 4, при этом происходит коалесценция капель жидкостей, далее жидкости как бы наползают на перфорированную боковую поверхность и через перфорации 5, размер которых увеличивается по высоте, вырываясь с большой скоростью, отбрасывается на трехмерную ячеистую сетку 6, прикрепленную вокруг этих чаш 4 на упругих элементах 7 к корпусу экстрактора 1. Ячеистая сетка 6 под действием струй смеси жидкостей начинает колебаться. Обволакивая ячейки трехмерной сетки 6, жидкая фаза стекает вниз. При этом время контакта (экстракции) увеличивается, а колебания - процесс экстракции ускоряют. Затем жидкая фаза из первой ступени стекает по поверхности разделительной перегородки 3, имеющей форму воронки и следующей переливом, на нижерасположенную ступень. После экстракции жидкости фаза поступает в зону сепарации. When the steps of the extraction and separation zones are rotated at high speed, the mixture of liquids from the center of rotation moves to the perforated side surface of the bowl 4, while the droplets of liquids coalesce, then the liquids crawl onto the perforated side surface and through perforations 5, the size of which increases in height breaking out at high speed, it is discarded on a three-dimensional mesh grid 6 attached around these cups 4 on the elastic elements 7 to the case of the extractor 1. The mesh grid 6 under the action of a jet mixture of liquids starts to oscillate. Enveloping the cells of the three-dimensional grid 6, the liquid phase flows down. At the same time, the contact (extraction) time increases, and the oscillations - the extraction process is accelerated. Then the liquid phase from the first stage flows down the surface of the dividing wall 3, having the shape of a funnel and the next overflow, to the lower stage. After liquid extraction, the phase enters the separation zone.

В этой зоне происходит расслаивание (разделение) жидкостей. Расслаивание происходит у вращающихся на валу 2 перевернутых усеченных конусов 8. Под действием центробежной силы более тяжелая жидкость будет отбрасываться к стенкам корпуса 1 и, поднимаясь вверх, будет переливаться через край перегородки 3 и по ее внутренней поверхности, имеющей воронкообразную форму, стекать на нижерасположенную сепарационную секцию-ступень. Более легкая жидкость, распределившаяся в результате расслоения по поверхности тяжелой жидкости, будет вместе с тяжелой жидкостью перетекать в нижерасположенную сепарационную секцию-ступень. Пройдя все ступени, жидкости поступают в нижнюю часть колонны экстрактора, где происходит отстаивание и слив тяжелой и легкой жидкостей через штуцеры 14 и 15 соответственно. In this zone, delamination (separation) of liquids occurs. Exfoliation occurs in the inverted truncated cones rotating on the shaft 2. Under the action of centrifugal force, a heavier liquid will be discarded to the walls of the housing 1 and, rising upward, will be poured over the edge of the partition 3 and run off onto the lower separation wall along its funnel-shaped inner surface. section step. The lighter liquid, which is distributed as a result of separation along the surface of the heavy liquid, will flow with the heavy liquid into the downstream separation section-stage. After passing through all stages, the liquids enter the lower part of the extractor column, where heavy and light liquids are sedimented and drained through fittings 14 and 15, respectively.

В заявляемом экстракторе процесс интенсифицируется за счет выполнения верхних секций (экстракционная зона) в форме чаш с перфорированной боковой поверхностью, дно и боковая поверхность которых снабжены трехмерной ячеистой сеткой, а также за счет установки трехмерной ячеистой сетки на корпусе экстрактора вокруг чаш на упругих элементах, колеблющихся под действием струй жидкой фазы, вырывающейся через перфорации в чашах. Время контакта жидкостей увеличивается за счет свободного стекания их по трехмерной ячеистой колеблющейся сетке из одной секции в другую, и за счет выполнения перегородок, разделяющих корпус на секции-ступени, в форме воронок. In the inventive extractor, the process is intensified by performing the upper sections (extraction zone) in the form of bowls with a perforated side surface, the bottom and side surfaces of which are provided with a three-dimensional mesh, as well as by installing a three-dimensional mesh on the extractor body around the bowls on elastic elements oscillating under the influence of jets of a liquid phase breaking out through perforations in bowls. The contact time of liquids increases due to their free flowing over a three-dimensional oscillating mesh from one section to another, and due to the implementation of partitions that divide the housing into sections-steps, in the form of funnels.

Процесс экстракции и разделения происходит в поле центробежных сил (у чаш и усеченных конусов соответственно), что также способствует интенсификации процесса. The extraction and separation process takes place in the field of centrifugal forces (for bowls and truncated cones, respectively), which also contributes to the intensification of the process.

Снижение энергозатрат происходит за счет того, что чаши имеют размер перфораций увеличивающийся по высоте, в результате чего уровень заполнения этих чаш практически постоянный, т.е. отсутствует полное затопление секций, поэтому расход электроэнергии для привода ротор-вала во вращение значительно снижается. The reduction in energy consumption occurs due to the fact that the bowls have a perforation size increasing in height, as a result of which the filling level of these bowls is almost constant, i.e. there is no complete flooding of the sections, therefore, the energy consumption for driving the rotor shaft into rotation is significantly reduced.

На лабораторной установке было проведено разделение молибдена и вольфрама экстракцией пероксокомплексов молибдена. At the laboratory facility, molybdenum and tungsten were separated by extraction of molybdenum peroxo complexes.

Лабораторные испытания показали, что по сравнению с прототипом на заявляемом экстракторе с единицы площади можно снимать металла в единицу времени больше на 25-70%, а потребление электроэнергии (энергозатраты) при этом сокращается на 20-25%. Laboratory tests have shown that, compared with the prototype of the inventive extractor, from a unit area it is possible to remove metal per unit time by 25-70% more, while energy consumption (energy consumption) is reduced by 20-25%.

Claims

1. EXTRACTOR FOR THE SYSTEM LIQUID - LIQUID, which includes a housing, divided by height of the partitions into a number of sections, mounted on the axis of its rotor-shaft with elements mounted on it for moving phases, located in each section, characterized in that the elements for mixing the phases of the upper sections are made in the form of bowls with a perforated lateral surface, and the lower ones in the form of inverted truncated cones, with the bottom and inner side surface of the bowls and the inner surface of the upper sections in which they are located, with nabzhany three-dimensional mesh, and dividing the body into sections of the partition are in the form of a funnel.

2. The extractor according to claim 1, characterized in that the size of the perforations increases along the height of the bowl.

3. The extractor according to claim 1, characterized in that the three-dimensional mesh is attached elastically to the inner surface of the upper sections, in which perforated bowls are located.