RU218092U1

RU218092U1 - ROTOR-RING EXTRACTOR

Info

Publication number: RU218092U1
Application number: RU2023105394U
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Посохов; Андрей Александрович Плетнёв; Алексей Михайлович Епишин; Валерий Алексеевич Пашинин; Павел Николаевич Косырев; Андрей Арсеньевич Гецов; Анастасия Сергеевна Новицкая; Николай Степанович Гришин; Ирина Анатольевна Панова
Filing date: 2023-03-09
Publication date: 2023-05-05

Abstract

Полезная модель относится к области жидкостной экстракции и может быть использована для разделения, концентрирования жидких смесей и жидкостной экстракции. Роторно-кольцевой экстрактор содержит основание, привод, корпус с крышкой и тепловой рубашкой, отсосные трубки, ротор с центральным патрубком и валом, изготовленный с соосными кольцевыми камерами коллекторов, во внутренней полости на днище помещено перекачивающее устройство, выполненное в виде кольцевой камеры и неподвижных отсосных трубок, импеллерное устройство в виде закрепленных на корпусе и наклоненных к оси ротора неподвижных лопаток и вращающихся лопаток, закрепленных на роторе в кольцевом зазоре между ними, на корпусе установлены штуцеры для ввода и вывода жидких фаз. Экстрактор снабжен штуцером для рециркуляции органического растворителя, насосом, расходомером с фильтром, гибким шлангом, электродвигателем и переключающим устройством, а ротор изготовлен с конической внутренней поверхностью. Подготовка проб к анализу осуществляется путем концентрирования микрокомпонентов вредных веществ при экстракции их из проб воды в несмешивающийся с водой органический растворитель. Техническим результатом является обеспечение повышения достоверности анализа и производительности по подготовке проб. 1 ил.

The utility model relates to the field of liquid extraction and can be used for separation, concentration of liquid mixtures and liquid extraction. The rotary-annular extractor contains a base, a drive, a body with a cover and a heat jacket, suction tubes, a rotor with a central pipe and a shaft, made with coaxial annular collector chambers, a pumping device is placed in the inner cavity on the bottom, made in the form of an annular chamber and fixed suction tubes, an impeller device in the form of stationary blades fixed on the body and inclined to the rotor axis and rotating blades fixed on the rotor in the annular gap between them, fittings for input and output of liquid phases are installed on the housing. The extractor is equipped with an organic solvent recycle nozzle, a pump, a flow meter with a filter, a flexible hose, an electric motor and a switching device, and the rotor is made with a conical inner surface. Preparation of samples for analysis is carried out by concentrating the microcomponents of harmful substances during their extraction from water samples into an organic solvent immiscible with water. The technical result is to provide an increase in the reliability of the analysis and productivity in sample preparation. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области концентрирования микрокомпонентов и экстракции в полевых химических лабораториях, химической технологии и других отраслях промышленности, в том числе при получении особо чистых веществ, при анализе загрязнений продукции и окружающей среды.The utility model relates to the field of concentration of microcomponents and extraction in field chemical laboratories, chemical technology and other industries, including the production of highly pure substances, the analysis of product and environmental contamination.

В полевых химических лабораториях для целей пробоподготовки используется переносной комплект реактивов и оборудования. При этом все операции выполняются вручную. Производится отбор пробы воды объемом 1-1,5 литра, проба заливается в емкость, в нее добавляется небольшое количество несмешивающегося с водой органического растворителя, включается мешалка и производится перемешивание в течение 5-10 минут. В дальнейшем мешалка отключается, производится гравитационное отстаивание (разделение фаз) с последующим отделением слоя органического растворителя. Потом осуществляется концентрирование пробы в органическом растворителе струей инертного газа или упариванием пробы до объема 0,2 мл.In field chemical laboratories, a portable set of reagents and equipment is used for sample preparation. In this case, all operations are performed manually. A water sample of 1-1.5 liters is taken, the sample is poured into a container, a small amount of an organic solvent immiscible with water is added to it, a stirrer is turned on and mixing is carried out for 5-10 minutes. Subsequently, the stirrer is turned off, gravitational settling (phase separation) is performed, followed by separation of the organic solvent layer. Then the sample is concentrated in an organic solvent with an inert gas jet or the sample is evaporated to a volume of 0.2 ml.

Аналогом является экстрактор-сепаратор (полезная модель RU 117826, МПК B01D 11/04 (2006.01), B01D 11/02 (2006.01), содержащий корпус, электропривод, экстракционный и сепарационный модули, установленные в корпусе подвижно на опорах в вертикальной плоскости, блок управления и термостатирования, при этом экстракционный модуль изготовлен в виде кольцевого штатива с гнездами для сменных стаканов, сепарационный модуль, содержащий вращающийся ротор для размещения в нем сменных стаканов, снабжен сменными сборниками экстракта и кольцевой камерой, сменные стаканы снабжены сепарационной крышкой, а электропривод обеспечивает вращательно-колебательное движение штатива в режиме экстракции и вращательное движение ротора в режиме сепарации, а кольцевой штатив изготовлен многорядным и съемным, сменные стаканы снабжены вертикальной сетчатой перегородкой с центральной втулкой, ротор изготовлен со сменными вкладышами для эксцентричного расположения сменных стаканов.The analogue is an extractor-separator (useful model RU 117826, IPC B01D 11/04 (2006.01), B01D 11/02 (2006.01), containing a housing, an electric drive, extraction and separation modules, movably mounted in the housing on supports in a vertical plane, a control unit and temperature control, while the extraction module is made in the form of an annular stand with slots for replaceable glasses, the separation module containing a rotating rotor for placing replaceable glasses in it, is equipped with replaceable extract collectors and an annular chamber, replaceable glasses are equipped with a separation cover, and the electric drive provides rotational the oscillatory movement of the stand in the extraction mode and the rotational movement of the rotor in the separation mode, and the annular stand is made multi-row and removable, the replaceable cups are equipped with a vertical mesh partition with a central sleeve, the rotor is made with replaceable liners for an eccentric arrangement of the replaceable cups.

Недостатки: необходимость доставки проб большого объема от места проботбора до места нахождения экстрактора; работа экстрактора выполняется в стационарных условиях при наличии холодной и горячей воды для подачи ее в тепловую рубашку.Disadvantages: the need to deliver large samples from the place of sampling to the location of the extractor; The operation of the extractor is carried out under stationary conditions in the presence of cold and hot water for supplying it to a thermal jacket.

Наиболее близким по технической сущности, выбранным в качестве прототипа, является роторно-кольцевой экстрактор, описанный в авторском свидетельстве на изобретение RU 2308309, B01D 11/04 (2006.01). Роторно-кольцевой экстрактор содержит привод, корпус с размещенными в нем камерой смешения, ротором с коллекторами для разделения фаз, штуцерами для ввода и вывода фаз и импеллерным устройством, согласно изобретению камера смешения выполнена в виде вращающейся кольцевой камеры, соосно закрепленных на корпусе отсосных трубок с центральной втулкой, коллектор состоит из двух соосно закрепленных на роторе и валу кольцевых камер и подвижно установленных на корпусе отсосных трубок, импеллерное устройство изготовлено в виде полых зубьев или пластин, закрепленных под углом относительно оси вращения ротора, на внутренней поверхности которого размещена спиралеобразная пластина, вал ротора выполнен полым, снабжен сменным сепарационным диском, а экстрактор снабжен тепловой рубашкой.The closest in technical essence, selected as a prototype, is a rotary-annular extractor described in the copyright certificate for the invention RU 2308309, B01D 11/04 (2006.01). The rotary-annular extractor comprises a drive, a housing with a mixing chamber placed in it, a rotor with manifolds for phase separation, fittings for input and output of phases and an impeller device, according to the invention, the mixing chamber is made in the form of a rotating annular chamber, coaxially mounted on the housing of suction tubes with the central sleeve, the collector consists of two annular chambers coaxially fixed on the rotor and the shaft and suction tubes movably mounted on the body, the impeller device is made in the form of hollow teeth or plates fixed at an angle relative to the axis of rotation of the rotor, on the inner surface of which there is a spiral plate, a shaft The rotor is made hollow, equipped with a replaceable separation disk, and the extractor is equipped with a thermal jacket.

Роторно-кольцевой экстрактор работает следующим образом.Rotary-annular extractor works as follows.

Жидкости раздельно поступают через соответствующие штуцеры в кольцевой зазор, где под действием зубчатых элементов импеллерного устройства (вращающихся, установленных на роторе и неподвижных зубчатых элементах, закрепленных на корпусе) интенсивно перемешиваются, двигаясь по ступенчатой спиральной линии вниз, и поступают из кольцевого зазора в кольцевую камеру, откуда неподвижными отсосными трубками смесь подается в центральный стакан и полый вал, затем через штуцеры вала по сепарационному диску попадают на внутреннюю поверхность ротора, далее движутся под действием центробежных сил и расслаиваются, а отсепарированные жидкости попадают в коллектор. Легкая фаза через отверстия поступает в кольцевую камер, откуда выводится из аппарата отсосной трубкой, тяжелая фаза, проходя через кольцевой зазор, образованный кольцевой камерой и внутренней поверхностью ротора, переливается в кольцевую камеру, откуда выводится из аппарата соответствующей отсосной трубкой.The liquids separately enter through the corresponding fittings into the annular gap, where, under the action of the gear elements of the impeller device (rotating, mounted on the rotor and fixed gear elements, fixed on the body), they are intensively mixed, moving down a stepped spiral line, and flow from the annular gap into the annular chamber , from where the mixture is fed by fixed suction tubes into the central cup and the hollow shaft, then through the shaft fittings along the separation disk they enter the inner surface of the rotor, then they move under the action of centrifugal forces and are stratified, and the separated liquids enter the collector. The light phase enters the annular chamber through the holes, from where it is removed from the apparatus by a suction tube, the heavy phase, passing through the annular gap formed by the annular chamber and the inner surface of the rotor, overflows into the annular chamber, from where it is removed from the apparatus by a corresponding suction tube.

Роторно-кольцевой экстрактор может использоваться как для непрерывной обработки контактирующих жидкостей, так и для дискретного цикла работы. При непрерывной работе экстрактора жидкости выводятся из аппарата при помощи отсосных трубок. В дискретном цикле аппарат может работать в режиме рециркуляции одной или обеих жидкостей, когда выходные концы отсосных трубок подсоединены к входным штуцерам и, соответственно, по заданному интервалу времени жидкости многократно прокачиваются через аппарат. Данный цикл работы экстрактора использован для подготовки проб и концентрирования на месте отбора водных проб в методиках анализа загрязнения объектов окружающей среды.The rotary ring extractor can be used both for continuous processing of contacting liquids, and for a discrete cycle of operation. With continuous operation of the extractor, liquids are removed from the apparatus using suction tubes. In a discrete cycle, the apparatus can operate in the mode of recirculation of one or both liquids, when the outlet ends of the suction tubes are connected to the inlet fittings and, accordingly, liquids are repeatedly pumped through the apparatus at a given time interval. This extractor operation cycle was used for sample preparation and concentration at the site of water sampling in methods for analyzing pollution of environmental objects.

Недостатками прототипа является невозможность автоматического отбора водной фазы; наличие ручных операций (отбор, доставка пробы к месту нахождения аппарата), которые могут повлиять на достоверность анализа и производительность. На работу влияет разделение операций отбора пробы воды и проведение последующей экстракции из нее целевого компонента.The disadvantages of the prototype is the impossibility of automatic selection of the aqueous phase; the presence of manual operations (selection, delivery of the sample to the location of the device), which can affect the reliability of the analysis and performance. The work is affected by the separation of water sampling operations and the subsequent extraction of the target component from it.

Технический результат, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, заключается в значительном (в 1,5 и более раза) повышении производительности по подготовке проб, повышении достоверности результатов анализов за счет проведения экстракции анализируемого вещества (микропримесей) непосредственно на месте пробоотбора в органический растворитель, повышении интенсивности процесса экстракции, обеспечении сохранности целевого компонента в органическом растворителе.The technical result, which the claimed utility model is aimed at, is a significant (1.5 or more times) increase in sample preparation productivity, increasing the reliability of the analysis results due to the extraction of the analyte (trace impurities) directly at the sampling site into an organic solvent, increasing the intensity of the extraction process, ensuring the safety of the target component in an organic solvent.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является совмещение операций одновременного отбора пробы воды насосом и проведения экстракции в одном устройстве.The technical task of the proposed utility model is to combine the operations of simultaneous sampling of water by a pump and extraction in one device.

Техническая задача заключается в разработке более удобного в эксплуатации устройства, совмещающего операции пробоотбора и последующей экстракции в одном устройстве за счет возможности автоматического контролируемого отбора пробы воды (тяжелой фазы, т.ф.), использование которого возможно как для стационарных, так и для передвижных лабораторий при проведении массобменного процесса в жидких системах, в том числе для концентрирования микропримесей в месте отбора проб.The technical challenge is to develop a more user-friendly device that combines sampling and subsequent extraction operations in one device due to the possibility of automatic controlled sampling of water (heavy phase, t.f.), which can be used for both stationary and mobile laboratories. when carrying out a mass transfer process in liquid systems, including for concentrating microimpurities at the sampling point.

Техническая задача решается тем, что роторно-кольцевой экстрактор содержит основание, привод, корпус с крышкой и тепловой рубашкой, отсосные трубки, ротор с центральным патрубком и валом, изготовленный с соосными кольцевыми камерами коллекторов, во внутренней полости на днище помещено перекачивающее устройство, выполненное в виде кольцевой камеры и неподвижных отсосных трубок, импеллерное устройство в виде закрепленных на корпусе и наклоненных к оси ротора неподвижных лопаток и вращающихся лопаток, закрепленных на роторе в кольцевом зазоре между ними, на корпусе установлены штуцеры для ввода и вывода жидких фаз.The technical problem is solved by the fact that the rotary-annular extractor contains a base, a drive, a body with a cover and a heat jacket, suction tubes, a rotor with a central pipe and a shaft, made with coaxial annular collector chambers, a pumping device is placed in the inner cavity on the bottom, made in in the form of an annular chamber and fixed suction tubes, an impeller device in the form of stationary blades fixed on the body and inclined to the rotor axis and rotating blades fixed on the rotor in the annular gap between them, fittings for input and output of liquid phases are installed on the housing.

Полезная модель дополнительно снабжена штуцером для рециркуляции органического растворителя (легкой фазы, л.ф.), насосом, расходомером с фильтром, гибким шлангом, электродвигателем и переключающим устройством, а ротор выполнен с конической внутренней поверхностью. Это позволяет проводить автоматический отбор пробы и экстракцию в одном аппарате, стабилизировать температурные и динамические условия при проведении пробоотбора и последующей экстракции, повысить интенсивность процесса экстракции, обеспечить сохранность целевого компонента в органическом растворителе, что, в конечном счете, позволяет добиться значительного (в 1,5 и более раза) повышения производительности по подготовке проб и увеличения достоверности результатов последующих анализов.The useful model is additionally equipped with a fitting for recirculation of an organic solvent (light phase, LF), a pump, a flow meter with a filter, a flexible hose, an electric motor and a switching device, and the rotor is made with a conical inner surface. This makes it possible to carry out automatic sampling and extraction in one apparatus, to stabilize the temperature and dynamic conditions during sampling and subsequent extraction, to increase the intensity of the extraction process, to ensure the preservation of the target component in an organic solvent, which, ultimately, makes it possible to achieve a significant (in 1, 5 times or more) to increase the productivity of sample preparation and increase the reliability of the results of subsequent analyses.

Процесс экстракции производится при автоматическом вводе и выводе жидких фаз из аппарата за счет центробежных сил, благодаря чему существенно сокращается время на подготовку пробы.The extraction process is carried out with automatic input and output of liquid phases from the apparatus due to centrifugal forces, which significantly reduces the time for sample preparation.

Отличие от прототипа заключается в следующем:The difference from the prototype is as follows:

дополнительно введен электродвигатель, насос, расходомер с фильтром, которые непосредственно соединены со штуцером для автоматической подачи пробы воды (т.ф.) в устройство;additionally, an electric motor, a pump, a flow meter with a filter are introduced, which are directly connected to a fitting for automatically supplying a water sample (f.f.) to the device;

корпус экстрактора снабжен дополнительным штуцером для рециркуляции органического растворителя (л.ф.);the extractor body is equipped with an additional fitting for recirculation of the organic solvent (l.f.);

дополнительно введены переключающее устройство и сборник экстракта;a switching device and an extract collector are additionally introduced;

внутренняя полость ротора изготовлена конической.the internal cavity of the rotor is made conical.

Сущность полезной модели поясняется чертежом.The essence of the utility model is illustrated by the drawing.

Роторно-кольцевой экстрактор состоит из основания 1, корпуса 2, тепловой рубашки 3, ротора 4, крышки 5, центрального патрубка 6, отсосных трубок 7 и 8, перекачивающего устройства 9, импеллерного устройства 10, кольцевых камер коллекторов 11 и 12, полого вала 13, привода 14, насоса 15, переключающего устройства 16, расходомера с фильтром 17, гибкого шланга 18, сборника экстракта 19, штуцеров для вывода органического растворителя (л.ф.) 23 и воды (т.ф.) 24, штуцеров для ввода органического растворителя (л.ф.) 20 и воды (т.ф.) 22, штуцера для рециркуляции органического растворителя (л.ф.) 21, электродвигателя 25.The rotary-annular extractor consists of a base 1, a body 2, a heat jacket 3, a rotor 4, a cover 5, a central pipe 6, suction tubes 7 and 8, a pumping device 9, an impeller device 10, annular collector chambers 11 and 12, a hollow shaft 13 , drive 14, pump 15, switching device 16, flow meter with filter 17, flexible hose 18, extract collector 19, fittings for output of organic solvent (l.s.) 23 and water (t.f.) 24, fittings for input of organic solvent (l.f.) 20 and water (t.f.) 22, fitting for recirculation of organic solvent (l.f.) 21, electric motor 25.

Отбираемая из источника проба воды (т.ф.) с помощью насоса 15, подключенного к электродвигателю 25, через гибкий шланг 18, расходомер с фильтром 17 и органический растворитель (л.ф.) раздельно поступают через соответствующие штуцеры для ввода 22 и 20, соответственно, в кольцевой зазор, где под действием зубчатых элементов импеллерного устройства 10 (неподвижных лопаток, закрепленных на корпусе 2 и вращающихся лопаток, закрепленных на роторе 4) интенсивно перемешиваются, двигаясь по ступенчатой спиральной линии вниз, и поступают из кольцевого зазора в перекачивающее устройство 9, откуда через полый вал 13 и отверстие А попадают во внутреннюю поверхность ротора 4, далее жидкие фазы движутся под действием центробежных сил вверх по конической поверхности и расслаиваются, отсепарированные жидкости попадают в кольцевые камеры коллекторов 11 и 12. Легкая фаза переливается в кольцевую камеру коллектора 12, откуда выводится из устройства отсосной трубкой 8 через полый вал 13 и сливается (через штуцер 23) в сборник экстракта 19, тяжелая фаза, проходя через кольцевой зазор Б, образованный кольцевой камерой коллектора 11 и внутренней поверхностью ротора 4, переливается в кольцевую камеру коллектора 11, откуда выводится из аппарата отсосной трубкой 7 через полый вал 13 и штуцер 24.The water sample taken from the source (s.f.) using a pump 15 connected to an electric motor 25 through a flexible hose 18, a flow meter with a filter 17 and an organic solvent (s.f.) separately enter through the corresponding inlet fittings 22 and 20, respectively, into the annular gap, where under the action of the gear elements of the impeller device 10 (stationary blades mounted on the housing 2 and rotating blades mounted on the rotor 4) are intensively mixed, moving down a stepped spiral line, and come from the annular gap into the pumping device 9 , from where through the hollow shaft 13 and hole A they enter the inner surface of the rotor 4, then the liquid phases move under the action of centrifugal forces up the conical surface and stratify, the separated liquids enter the annular chambers of the collectors 11 and 12. The light phase overflows into the annular chamber of the collector 12 , from where it is removed from the device by a suction tube 8 through a hollow shaft 13 and merges (through a fitting 23) into the extract collector 19, the heavy phase, passing through the annular gap B formed by the annular chamber of the collector 11 and the inner surface of the rotor 4, is poured into the annular chamber of the collector 11 , from where it is removed from the apparatus by a suction tube 7 through a hollow shaft 13 and a fitting 24.

При необходимости рециркуляции органического растворителя (л.ф.) переключающее устройство 16 устанавливают в соответствующее положение, и через штуцер 21 органический растворитель вводится в кольцевой зазор импеллерного устройства 10. Для улучшения качества воды и исключения попадания в расходомер механических примесей аппарат снабжен фильтром. Расходомер позволяет устанавливать более точный объем отобранной водной фазы. Ротор изготовлен с внутренней конической поверхностью, что способствует поднятию вверх жидких фаз под действием центробежных сил и полному удалению пробы из ротора.If it is necessary to recirculate the organic solvent (LF), the switching device 16 is set to the appropriate position, and the organic solvent is introduced through the fitting 21 into the annular gap of the impeller device 10. To improve the water quality and prevent mechanical impurities from entering the flowmeter, the device is equipped with a filter. The flow meter allows you to set a more accurate volume of the selected water phase. The rotor is made with an internal conical surface, which contributes to the rise of liquid phases under the action of centrifugal forces and the complete removal of the sample from the rotor.

Роторно-кольцевой экстрактор может быть использован для разделения, концентрирования жидких смесей и жидкостной экстракции.The rotary ring extractor can be used for separation, concentration of liquid mixtures and liquid extraction.

Таким образом, заявленная полезная модель является техническим решением поставленной задачи, сущность которого выражается в новой совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного заявителем нового технического результата, что предопределяет ее соответствие критериям патентоспособности.Thus, the claimed utility model is a technical solution to the problem, the essence of which is expressed in a new set of essential features sufficient to achieve the new technical result specified by the applicant, which predetermines its compliance with the patentability criteria.

Claims

Rotary-annular extractor containing a base, a drive, a body with a lid and a heat jacket, suction tubes, a rotor with a central pipe and a shaft, made with coaxial annular collector chambers, in the inner cavity on the bottom of which a pumping device is placed, made in the form of an annular chamber and fixed suction tubes, an impeller device in the form of stationary blades inclined to the rotor axis, fixed on the housing and rotating blades, mounted on the rotor in the annular gap between them, fittings for input and output of liquid phases are installed on the housing, characterized in that it is additionally equipped with a fitting for organic solvent recirculation, pump, flow meter with filter, flexible hose, electric motor and switching device, and the rotor is made with conical inner surface.