RU2334539C1

RU2334539C1 - Device for multiphase extraction processes

Info

Publication number: RU2334539C1
Application number: RU2006143009/15A
Authority: RU
Inventors: н Артак Ераносович Костан (RU); Артак Ераносович Костанян; Андрей Алексеевич Вошкин (RU); Андрей Алексеевич Вошкин; товский Павел Алексеевич П (RU); Павел Алексеевич Пятовский
Original assignee: Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН)
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2008-09-27
Also published as: RU2006143009A

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: device includes two contact chambers in the form of vertical tubes and two sedimentation tanks in the form of horizontal tubes. Each sedimentation tank is connected by pipes to front part of one chamber and to back part of another chamber. Front part of each chamber is made of a tube with lesser diameter, which holds connection pipe of sediment tank, and features a diffuser. Entrance cross-section of connection pipe is less than front part cross-section. Exit part of each chamber is connected to a sedimentation tank end, and the sedimentation tank is placed between entrance and exit chamber parts in height. To perform adjoint processes of extraction/flushing/re-extraction the device includes third chamber and third sedimentation tank.

EFFECT: reduced extraction agent volume; increased holding time of refinement and extract phase flow in contact chambers and improved extraction efficiency.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области аппаратов для разделения веществ методами жидкостной экстракции, в частности к устройствам для проведения процессов многофазной экстракции, и может быть использовано в химической, гидрометаллургической, микробиологической, фармацефтической и других отраслях промышленности для извлечения, разделения, очистки и концентрирования веществ.The invention relates to the field of apparatus for the separation of substances by liquid extraction methods, in particular to devices for carrying out multiphase extraction processes, and can be used in chemical, hydrometallurgical, microbiological, pharmaceutical and other industries for the extraction, separation, purification and concentration of substances.

Известно устройство для проведения процессов трехфазной экстракции, включающее две соединенные друг с другом камеры. Камеры заполняются жидкой обменной средой, через которую пропускаются дисперсные потоки фаз рафината (отдающей фазы) и экстракта (принимающей фазы). Извлекаемое вещество переносится циркулирующей между камерами обменной средой из отдающей фазы в принимающую фазу (RU 2080162, 1997). Недостатком этого устройства является его низкая эффективность.A device is known for carrying out three-phase extraction processes, including two chambers connected to each other. The chambers are filled with a liquid exchange medium, through which dispersed flows of raffinate (transferring phase) and extract (receiving phase) phases are passed. The recovered substance is transferred by the exchange medium circulating between the chambers from the giving phase to the receiving phase (RU 2080162, 1997). The disadvantage of this device is its low efficiency.

Известны также трехфазные и многофазные экстракторы, содержащие соединенные между собой камеры экстракции и реэкстракции, снабженные диспергирующими устройствами и отстойными зонами. Многофазный экстрактор заполняется экстрагентом, который служит сплошной фазой, через которую в соответствующих камерах пропускаются в виде потока капель фазы рафината и экстракта. При этом за счет разности плотностей образующихся в камерах эмульсий возникает циркуляция экстрагента между камерами и осуществляется перенос вещества из фазы рафината в фазу экстракта (патенты РФ: 2177357, 2178326, 2203123; Костанян А.Е., Белова В.В. Химическая технология. 2004. №5. С.25-30).Three-phase and multiphase extractors are also known, containing interconnected extraction and re-extraction chambers equipped with dispersing devices and settling zones. The multiphase extractor is filled with extractant, which serves as a continuous phase, through which the phases of the raffinate and extract are passed in the respective chambers as a stream of drops. In this case, due to the difference in the densities of the emulsions formed in the chambers, the extractant circulates between the chambers and the substance is transferred from the raffinate phase to the extract phase (RF patents: 2177357, 2178326, 2203123; Kostanyan AE, Belova VV Chemical technology. 2004 No. 5. S.25-30).

Недостатком перечисленных известных многофазных экстракторов является низкая эффективность процесса, обусловленная малым временем контактирования дисперсных потоков фаз рафината и экстракта с экстрагентом.The disadvantage of these known multiphase extractors is the low efficiency of the process, due to the short contact time of the dispersed streams of phases of the raffinate and extract with the extractant.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для проведения процессов многофазной экстракции, содержащее две контактные камеры, выполненные в виде вертикальных труб, и два отстойника, выполненные в виде горизонтальных труб, при этом каждый отстойник соединительными трубами присоединен к начальному участку одной камеры и к выходному участку другой камеры. Таким образом верхняя часть одной камеры соединена с нижней частью другой камеры. Камеры снабжены диспергирующими устройствами; в одной из камер проводится процесс экстракции, а в другой - процесс реэкстракции (Патент РФ 2222368. Дата публикации 2004.01.27). Устройство работает следующим образом. Контактные камеры заполняются сплошной фазой экстрагента. Через диспергирующие устройства фазы рафината и экстракта поступают в соответствующие камеры и в виде потока капель в прямотоке контактируют с экстрагентом. В отстойниках эмульсия расслаивается, и потоки рафината и экстракта выводятся из устройства. Сплошная фаза экстрагента циркулирует между контактными камерами благодаря разности плотности жидкостей в камерах и в соединительных трубах. При этом извлекаемое вещество переносится экстрагентом из камеры экстракции в камеру реэкстракции и из фазы рафината в фазу экстракта.The closest in technical essence and the achieved effect is a device for carrying out multiphase extraction processes, containing two contact chambers made in the form of vertical pipes and two settling tanks made in the form of horizontal pipes, with each settling tank connected to the initial section of one chamber by connecting pipes and to the output section of another camera. Thus, the upper part of one chamber is connected to the lower part of another chamber. The cameras are equipped with dispersing devices; in one of the chambers, the extraction process is carried out, and in the other, a re-extraction process (RF Patent 2222368. Publication date 2004.01.27). The device operates as follows. Contact chambers are filled with a continuous phase of the extractant. Through the dispersing devices, the phases of the raffinate and the extract enter the respective chambers and in the form of a stream of drops in direct flow contact with the extractant. In the settling tanks, the emulsion exfoliates and the streams of raffinate and extract are removed from the device. The continuous phase of the extractant circulates between the contact chambers due to the difference in the density of the liquids in the chambers and in the connecting pipes. In this case, the extracted substance is transferred by the extractant from the extraction chamber to the stripping chamber and from the raffinate phase to the extract phase.

Недостатками известного устройства являются недостаточно высокая эффективность, большой объем экстрагента и малое время пребывания потоков фаз рафината и экстракта в контактных камерах. Эти недостатки обусловлены тем что, в известном устройстве экстрагент функционирует в форме сплошной фазы.The disadvantages of the known device are not sufficiently high efficiency, a large amount of extractant and a short residence time of the phases of the raffinate and extract phases in the contact chambers. These disadvantages are due to the fact that, in the known device, the extractant functions in the form of a continuous phase.

Изобретение направлено на повышение эффективности, снижение объем экстрагента и увеличение времени пребывания потоков фаз рафината и экстракта в контактных камерах известного устройство для проведения процессов многофазной экстракции.The invention is aimed at improving efficiency, reducing the volume of extractant and increasing the residence time of the phases of the raffinate and extract phases in the contact chambers of a known device for carrying out multiphase extraction processes.

Технический результат достигается тем, что предложено устройство для проведения процессов многофазной экстракции, содержащее две контактные камеры, выполненные в виде вертикальных труб, и два отстойника, выполненные в виде горизонтальных труб, при этом каждый отстойник соединительными трубами присоединен к начальному участку одной камеры и к выходному участку другой камеры, начальный участок каждой из камер выполнен из трубы меньшего диаметра, куда входит соединительная труба отстойника, и снабжен диффузором, и при этом входное сечение соединительной трубы меньше сечения начального участка.The technical result is achieved by the fact that a device for carrying out multiphase extraction processes is proposed, comprising two contact chambers made in the form of vertical pipes and two settling tanks made in the form of horizontal pipes, wherein each settling tank is connected by connecting pipes to the initial section of one chamber and to the outlet section of another chamber, the initial section of each of the chambers is made of a pipe of smaller diameter, which includes the connecting pipe of the sump, and is equipped with a diffuser, and the input section is e connecting tube is smaller than the cross section of the initial section.

Целесообразно, чтобы выходной участок каждой из камер был подсоединен к торцу отстойника, а отстойник размещен по высоте между начальным и выходным участками камеры. Устройство может включать третью камеру и третий отстойник.It is advisable that the outlet section of each of the chambers is connected to the end face of the sump, and the sump is placed in height between the initial and output sections of the chamber. The device may include a third chamber and a third sump.

Выполнение начального участка каждой из камер из трубы меньшего диаметра, куда входит соединительная труба отстойника, имеющая меньшее входное сечение, чем сечения начального участка, и снабжение его (начального участка) диффузором обеспечивает функционирование экстрагента в форме дисперсной фазы и циркуляцию его в устройстве за счет энергии потоков фаз рафината и экстракта. При этом увеличивается время пребывания потоков фаз рафината и экстракта в контактных камерах и скорость межфазного массопереноса и уменьшается объем экстрагента в аппарате, что ведет к повышению эффективности его работы. Этому же способствует размещение отстойников по высоте между начальным и выходным участками контактных камер и подсоединение выходного участка каждой из камер к торцу отстойника. Включение в устройство третьей камеры и третьего отстойника позволяет проводить в нем сопряженные процессы экстракция - промывка - реэкстракция.The implementation of the initial section of each of the chambers from a pipe of smaller diameter, which includes the connecting pipe of the sump, having a smaller inlet section than the section of the initial section, and supplying it (the initial section) with a diffuser ensures the functioning of the extractant in the form of a dispersed phase and its circulation in the device due to energy streams of raffinate and extract phases. This increases the residence time of the phase flows of the raffinate and extract in the contact chambers and the rate of interfacial mass transfer and decreases the volume of extractant in the apparatus, which leads to an increase in the efficiency of its operation. The same contributes to the placement of the settlers in height between the initial and output sections of the contact chambers and the connection of the output section of each of the chambers to the end of the settler. The inclusion of a third chamber and a third sump in the device allows conjugate extraction - washing - reextraction processes to be carried out in it.

В зависимости от соотношения плотностей контактирующих фаз возможны различные варианты исполнения предложенного устройства.Depending on the ratio of the densities of the contacting phases, various versions of the proposed device are possible.

Описание иллюстрируется следующими примерами и вариантами исполнения предложенного устройства для проведения процессов многофазной экстракции:The description is illustrated by the following examples and embodiments of the proposed device for carrying out multiphase extraction processes:

Фиг.1 - пример исполнения предложенного устройства, когда плотность экстрагента ниже плотностей фаз рафината и экстракта. Контактирование фаз происходит в режиме нисходящего прямоточного движения фаз в камерах.Figure 1 is an example embodiment of the proposed device, when the density of the extractant is lower than the phase densities of the raffinate and extract. The contacting of the phases occurs in the mode of downward flow through the phases in the chambers.

Фиг.2 - пример исполнения предложенного устройства, когда плотность экстрагента выше плотностей фаз рафината и экстракта. Контактирование фаз происходит в режиме восходящего прямоточного движения фаз в камерах.Figure 2 - an example of the proposed device, when the density of the extractant is higher than the phase densities of the raffinate and extract. The contacting of the phases occurs in the mode of ascending ramjet movement of phases in the chambers.

Фиг.3 - вариант исполнения предложенного устройства, когда отстойники размещены по высоте между начальными и выходными участками камер и выходной участок каждой из камер подсоединен к торцу отстойника.Figure 3 - embodiment of the proposed device, when the sumps are placed in height between the initial and output sections of the chambers and the output section of each of the chambers is connected to the end of the sump.

Фиг.4 - вариант исполнения предложенного устройства, когда устройство снабжено третьей контактной камерой и третьим отстойником.Figure 4 is an embodiment of the proposed device when the device is equipped with a third contact chamber and a third sump.

Устройство для проведения процессов многофазной экстракции, содержит контактные камеры 1 и 2, выполненные в виде вертикальных труб, и отстойники 3 и 4, выполненные в виде горизонтальных труб. В случае проведения сопряженных процессов экстракция - промывка - реэкстракция устройство дополнительно включает третью камеру 5 и третий отстойник 6. Каждый отстойник соединительными трубами 7 присоединен к начальному участку 9 одной камеры и соединительными трубами 8 - к выходному участку 11 другой камеры. При этом начальный участок 9 каждой из камер 1, 2 и 5 выполнен из трубы меньшего диаметра и снабжен диффузором 10, соединяющим его с остальной частью камеры.A device for carrying out multiphase extraction processes contains contact chambers 1 and 2, made in the form of vertical pipes, and sedimentation tanks 3 and 4, made in the form of horizontal pipes. In the case of carrying out conjugate extraction-flushing-re-extraction processes, the device additionally includes a third chamber 5 and a third settling tank 6. Each settling tank is connected by connecting pipes 7 to the initial section 9 of one chamber and connecting pipes 8 to the output section 11 of another chamber. In this case, the initial section 9 of each of the chambers 1, 2 and 5 is made of a pipe of a smaller diameter and is equipped with a diffuser 10 connecting it to the rest of the chamber.

Входное сечение 12 соединительных труб 7 меньше сечения начального участка 9; в частности, участок входа соединительной трубы 7 в начальный участок 9 контактных камер может быть выполнен в виде сопла, как показано на фиг.1.The inlet section 12 of the connecting pipes 7 is less than the section of the initial section 9; in particular, the input section of the connecting pipe 7 into the initial section 9 of the contact chambers can be made in the form of a nozzle, as shown in figure 1.

Предлагаемое устройство работает следующим образом:The proposed device operates as follows:

Камеры 1 и 2, выполненные в форме вертикальных цилиндрических труб, заполняются фазами рафината и экстракта соответственно. В случае проведения сопряженных процессов экстракция - промывка - реэкстракция (фиг.4) камера 5 заполняется промывной фазой. Отстойники 3, 4 и 6 (для сопряженных процессов экстракция - промывка - реэкстракция) заполняются фазой экстрагента. Через начальные участки 9 в контактные камеры непрерывно подаются соответствующие фазы: в камеру 1 - фаза рафината, в камеру 2 - фаза экстракта и в случае проведения сопряженных процессов экстракция - промывка - реэкстракция в камеру 5 - промывная фаза. При этом за счет энергии потоков поступающих фаз обеспечивается поступление в камеры 1, 2 и 5 экстрагента из отстойников 3, 4 и 6 через соединительные трубы 7: на начальном участке 9 каждой из камер, выполненном из трубы меньшего (чем основная часть камеры) диаметра, куда входит соединительная труба 7 отстойника, имеющая меньшее входное сечение 12, чем сечения начального участка 9, возникает разрежение и экстрагент всасывается в камеру. В диффузоре 10, соединяющем начальный участок каждой камеры с ее основной частью, происходит диспергирование экстрагента на мелкие капли. Из камер 1, 2 и 5 образовавшиеся в них эмульсии через выходной участок 11 каждой камеры и соединительные трубы 8 поступают в соответствующие отстойники 3, 4 и 6, где происходит расслаивание и разделение фаз. Таким путем обеспечивается функционирование экстрагента в форме дисперсной фазы и циркуляция его между камерами. Благодаря этому в предложенном устройстве по сравнению с известным существенно уменьшается требуемый объем экстрагента, увеличивается время пребывания фаз экстракта и рафината в камерах устройства и повышается эффективность его работы. Из отстойников 3, 4 и 6 выводятся рафинат, экстракт и промывная фаза соответственно.Chambers 1 and 2, made in the form of vertical cylindrical tubes, are filled with phases of raffinate and extract, respectively. In the case of conjugate processes, extraction - washing - re-extraction (Fig. 4), chamber 5 is filled with the washing phase. Sumps 3, 4 and 6 (for conjugated extraction - flushing - reextraction processes) are filled with the extractant phase. The corresponding phases are continuously fed through the initial sections 9 into the contact chambers: the raffinate phase is introduced into chamber 1, the extract phase is placed into chamber 2 and, in the case of conjugated processes, extraction - washing - reextraction into chamber 5 is the washing phase. In this case, due to the energy of the flows of the incoming phases, the extractant is supplied to the chambers 1, 2 and 5 from the settlers 3, 4 and 6 through the connecting pipes 7: in the initial section 9 of each of the chambers made of a pipe of a smaller diameter (than the main part of the chamber), where the connecting pipe 7 of the sump enters, having a smaller inlet section 12 than the section of the initial section 9, a vacuum occurs and the extractant is sucked into the chamber. In the diffuser 10, connecting the initial section of each chamber with its main part, the extractant is dispersed into small droplets. From chambers 1, 2 and 5, the emulsions formed in them through the outlet section 11 of each chamber and connecting pipes 8 enter the corresponding settling tanks 3, 4 and 6, where phase separation and separation occurs. This ensures the functioning of the extractant in the form of a dispersed phase and its circulation between the chambers. Due to this, in the proposed device, in comparison with the known, the required volume of extractant is significantly reduced, the residence time of the phases of the extract and raffinate in the chambers of the device is increased, and its operation efficiency is increased. From the sumps 3, 4 and 6, the raffinate, extract and wash phase are removed.

Claims

1. A device for carrying out multiphase extraction processes, comprising two contact chambers made in the form of vertical pipes and two settling tanks made in the form of horizontal pipes, wherein each settling tank is connected by connecting pipes to the initial section of one chamber and to the output section of the other chamber, characterized the fact that the initial section of each of the chambers is made of a pipe of smaller diameter, which includes the connecting pipe of the sump, and is equipped with a diffuser, and the input section of the connecting pipe is smaller echeniya initial section.

2. The device according to claim 1, characterized in that the output section of each of the chambers is connected to the end face of the sump, and the sump is placed in height between the initial and output sections of the chamber.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that it includes a third chamber and a third sump.