SK892002A3

SK892002A3 - Flow extractor

Info

Publication number: SK892002A3
Application number: SK892002A
Authority: SK
Inventors: Jozef Siska
Original assignee: Jozef Siska
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2003-09-11
Also published as: SK285430B6

Abstract

The extractor consists of a static mixer with structured filler with a feed block, in which extracting medium is dispersed into the source solution, and which runs into a coalescent block with coalescent filler made from elements of fibres wettable by the extraction medium or extract. The coalescent block is inserted into a separating vessel, which serves for gravity separation of raffinate and extract, which are continuously taken away by gravity through an overflow outlet and a pipe outlet. The static mixer can consist of more feed flock and mixing elements, which are interconnected with demountable joints, or with mixing block, e.g. in a shape of a spiral or a labyrinth. Solution or suspension for source solution treatment, eventually a reagent or extraction medium can enter the feed block, and the extractor can be used as a through-flow reactor with separating of phases.

Description

Prietokový extraktorFlow extractor

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka prietokového extraktora s nemechanickým kontaktorom a deličkou fáz slúžiaceho k uskutočňovaniu L-L extrakcie organických i anorganických zložiek z vodných a nevodných roztokov (zmesí) a reakcií s gravitačné oddeliteľnými kvapalnými fázami. Vynález sa tiež týka zariadenia k úprave a čisteniu odpadových vôd.The present invention relates to a flow extractor with a non-mechanical contactor and a phase separator for performing L-L extraction of organic and inorganic components from aqueous and non-aqueous solutions (mixtures) and reactions with gravitationally separable liquid phases. The invention also relates to a device for the treatment and purification of waste water.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V doteraz používaných extraktoroch s nemechanickými miešacími kontaktormi sa využíva pre kontaktovanie fázy extrakčného činidla (extrahovadla) vo fáze kvapaliny obsahujúcej zložky určené k extrakcii (zdrojový roztok) protiprúdový spôsob, pri ktorom sa dispergované extrahovadlo (napr. v sprayových a náplňových kolónach, alebo kolónach s dierovanými doskami, resp. sitom), alebo súvislá vrstva extrahovadla s veľkým merným povrchom (napr. kolóny so zvlhčovanými stenami) pohybuje proti smeru pomalého pohybu zdrojového roztoku. Pri týchto systémoch je však k zvyšovaniu účinnosti a skracovaniu doby extrakcie potrebné presne definovať niekoľko navzájom súvisiacich faktorov, ako sú napríklad prietoky oboch fáz, mechanické vlastnosti fáz (závislé od koncentračného rozsahu a zloženia systému, teploty, prítomnosť tuhých častíc, bubliniek vzduchu, resp. plynov, a pod.), počet poschodí v extrakčnej kolóne, atď. Použitie tohto typu extraktorov pre zdrojové roztoky, alebo suspenzie s premenlivým zložením, obsahom extrahovanej zložky, prietokom, teplotou a mechanickými vlastnosťami je veľmi problematické. Preto extraktory s nemechanickým kontaktovaním fáz sú i napriek svojej pomerne nízkej zhotovovacej cene, malej spotreby energie, nízkej poruchovosti a vysokej spoľahlivosti a životnosti nevhodné k extrakcii v takých variabilných systémoch, ako sú napríklad odpadové vody, alebo procesné vody určené k recyklácii, a vyžadujú náročnú kontrolu a reguláciu procesu. Taktiež použitie nemechanických extraktorov k uskutočňovaniu chemických reakcií, v ktorých sa ako reagenty zúčastňujú, alebo vznikajú obmedzene rozpustné kvapalné zložky, nie je doteraz citované.In the prior art extractors with non-mechanical mixing contactors, a countercurrent method is used to contact the phase of the extracting agent (extender) in the liquid phase containing the components to be extracted (source solution), in which the dispersed extractant (e.g. in spray and packed columns or perforated plates or screen), or a continuous layer of an extender with a large surface area (e.g., columns with humidified walls) moves against the direction of slow movement of the source solution. In these systems, however, in order to increase efficiency and shorten the extraction time, several interrelated factors such as flow rates of the two phases, mechanical properties of the phases (depending on the concentration range and system composition, temperature, presence of particulate matter, air bubbles, resp. gases, etc.), number of floors in the extraction column, etc. The use of this type of extractor for source solutions or suspensions with varying composition, extracted component content, flow rate, temperature and mechanical properties is very problematic. Therefore, despite their relatively low manufacturing cost, low power consumption, low failure rate and high reliability and durability, extractors with non-mechanical phase contacting are unsuitable for extraction in such variable systems as waste water or process water for recycling and require demanding process control and regulation. Also, the use of non-mechanical extractors to carry out chemical reactions in which poorly soluble liquid components are involved or are formed is not cited so far.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Nedostatky doterajších spôsobov odstraňuje riešenie prietokového extraktoru podľa vynálezu (Obr. 1 až 5), podľa ktorého statický zmiešavač J (Obr. 1 a 2) s členitou náplňou 11 a dávkovacím blokom 12. v ktorom sa k tvorbe extrakčnej zmesi 32 do zdrojového roztoku 3 disperguje procesná kvapalina 4, s výhodou extrahovadlo, alebo tekutý reagent, je ústiaci do koalescenčného bloku 2 s koalescenčnou náplňou 21, s výhodou tvorenou telieskami a/alebo vláknami zmáčateľnými extrahovadlom 4 a/alebo extraktom 41, ktorý je vsadený do oddeľovacieho bloku 5 slúžiaceho ku gravitačnej separácii fázy rafinátu 31 a extraktu 41 kontinuálne samospádovo odvádzanými prepadovým výstupom 51 a potrubným výstupom 61 prepadového potrubia 6 so vzdušnou trubicou 62.The drawbacks of the prior art are overcome by the solution of the flow extractor according to the invention (Figs. 1 to 5), according to which the static mixer J (Figs. 1 and 2) with an articulated cartridge 11 and a dosing block 12 is formed. dispersing the process liquid 4, preferably an extractant, or liquid reagent, is discharged into the coalescing block 2 with the coalescing charge 21, preferably formed by bodies and / or fibers wettable by the extractant 4 and / or the extract 41 which is embedded in the separation block 5 by gravitational separation of the raffinate phase 31 and the extract 41 by means of a continuously gravitationally drained overflow outlet 51 and a pipe outlet 61 of the overflow pipe 6 with the air tube 62.

Prvky extraktoru sú dimenzované tak, aby rýchlosť prietoku extrakčnej zmesi 32 v statickom zmiešavací 1 bola minimálne dvojnásobne vyššia ako v koalescenčnom bloku 2 a minimálne dvojnásobne vyššia ako rýchlosť prietoku rafinátu 31 v oddeľovacom bloku 5.The extractor elements are sized so that the flow rate of the extraction mixture 32 in the static mixer 1 is at least twice as high as in the coalescing block 2 and at least twice the flow rate of raffinate 31 in the separation block 5.

Statický zmiešavač J (Obr. 3 a 4) môže byť tvorený viacerými dávkovacími blokmi 12 a najmenej dvomi za sebou radenými zakrivenými, napríklad v tvare oblúka, alebo špirály, a/alebo rovnými zmiešavacími elementárni 101, prepojenými rozoberateľnými spojmi 100 a/alebo najmenej jedným zmiešavacím blokom 102, s výhodou v tvare oblej a/alebo lomenej špirály a/alebo labyrintu, pričom do dávkovacieho bloku 12 vstupuje upravovacia prísada 42, napríklad roztok, alebo suspenzia k úprave zdrojového roztoku 3, a/alebo tekutý reagent 43 a/alebo extrakčné činidlo 44.The static mixer J (Figs. 3 and 4) may consist of a plurality of dosing blocks 12 and at least two consecutive curved, for example arc-shaped or spiral-shaped, and / or straight mixing elements 101, interconnected by detachable joints 100 and / or at least one. a blending block 102, preferably in the form of a rounded and / or broken spiral and / or labyrinth, wherein a treatment additive 42, for example a solution or suspension to treat the source solution 3, and / or the liquid reagent 43 and / or the extraction reagent reagent 44.

Členitá náplň 11 (Obr. 3) môže byť tvorená zmiešavacími telieskami 111 spôsobujúcimi turbulenciu prúdiacej kvapaliny, s výhodou v tvare lomených, oblých, alebo rovných lopatiek, ktoré sú v zmiešavacom elemente 101 a/alebo zmiešavacom bloku 102 statického zmiešavača 1 (Obr. 1) pevne upnuté na stenách a/alebo voľne uložené a/alebo pevne uchytené na vodiacej lište 112 a/alebo pevne za sebou spojené.The articulated cartridge 11 (Fig. 3) may be formed by mixing bodies 111 causing turbulence of the flowing liquid, preferably in the form of broken, rounded or straight blades, which are in the mixing element 101 and / or mixing block 102 of the static mixer 1 (Fig. 1). ) fixedly fixed to the walls and / or loosely mounted and / or fixedly fixed to the guide rail 112 and / or rigidly connected one after the other.

Dávkovací blok 12 (Obr. 5) môže byť tvorený ventilovou komorou 121 ukončenou v hornej časti otvorom pre prívod procesnej kvapaliny 4, v ktorej je voľne uložený pohyblivý ventilový prvok 122 tesniaci v najvyššej polohe k prívodu procesnej kvapaliny 4, vyhotovený s výhodou vo forme odľahčenej guľky, pričom ventilová komora 21 ústi nátokovou trubicou 124 do tela dávkovacieho elementu 125 prípadne opatreného rozoberateľnými spojmi 100 slúžiacimi k tesnému spojeniu s prívodom zdrojového roztoku 3 a/alebo so zmiešavacími elementárni 101 a/alebo zmiešavacími blokmi 102.The dispensing block 12 (Fig. 5) may be formed by a valve chamber 121 terminated at the top with a process fluid inlet 4 opening in which a movable valve element 122 sealingly positioned in the highest position to the process fluid inlet 4 is provided, preferably in a lightened form The valve chamber 21 flows through the inlet tube 124 into the body of the dosing element 125, optionally provided with removable joints 100 serving for intimate connection with the source solution inlet 3 and / or mixing elementary 101 and / or mixing blocks 102.

Prietokový extraktor podľa vynálezu môže byť použitý ako reaktor pre chemické reakcie s gravitačné oddeliteľnými kvapalnými fázami.The flow extractor according to the invention can be used as a reactor for chemical reactions with gravitationally separable liquid phases.

Výhodou riešenia podľa vynálezu je hlavne to, že vďaka intenzívnemu miešaniu fáz zúčastňujúcich sa extrakcie, resp. reakcie, a zosilneniu kontaktu fáz priechodom extrakčnej zmesi cez koalescenčný blok možno dosiahnuť vysokú účinnosť procesu, alebo i niekoľkých procesov nasledujúcich za sebou, v krátkej dobe a v kontinuálnom režime. Pre absenciu mechanických súčastí a samospádovému prietoku procesných médií a tým i nízkych nákladoch na stavbu, prevádzku a údržbu, prakticky žiadnej poruchovosti a vysokej spoľahlivosti a životnosti je extraktor vhodný k uskutočňovaniu extrakcie v systémoch so široko variabilným zložením, prietokom médií, teplotou a určitým možným obsahom suspenzných a plynových častíc, pričom sa nevyžaduje náročná kontrola a regulácia procesu.The advantage of the solution according to the invention is, in particular, that due to the intensive mixing of the phases involved in the extraction, respectively. of the reaction, and enhancing the phase contact by passing the extraction mixture through the coalescing block, high process efficiency, or even several successive processes, can be achieved in a short time and in a continuous mode. Due to the absence of mechanical components and the gravity flow of process media and thus low construction, operation and maintenance costs, virtually no failure rate and high reliability and durability, the extractor is suitable for performing extraction in systems with widely varying composition, media flow, temperature and some possible content. suspending and gaseous particles, without requiring extensive process control and regulation.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Na Obr. 1 je znázornený príklad prietokového extraktora s vyznačenými hlavnými prvkami pre prípad, keď je extrakt ako ľahšia fáza a rafinát ako ťažšia fáza.In FIG. 1 shows an example of a flow extractor with the main elements indicated in case the extract is as a lighter phase and the raffinate as a heavier phase.

Obr. 2 zobrazuje príklad riešenia extraktora, v ktorom je ako ľahšia fáza rafinát a ako ťažšia fáza extrakt.Fig. 2 shows an example of an extractor solution in which the raffinate is the lighter phase and the extract the heavier phase.

Na Obr. 3 je zobrazený príklad vyhotovenia statického zmiešavača s príkladmi členitej náplne. Obr. 4 zobrazuje príklady tvarov zmiešavacieho bloku a príklad špirálovitého usporiadania zmiešavacieho elementu.In FIG. 3 shows an example of an embodiment of a static mixer with examples of a broken cartridge. Fig. 4 shows exemplary shapes of the mixing block and an example of a spiral arrangement of the mixing element.

Na Obr. 5 je znázornený príklad vyhotovenia dávkovacieho bloku.In FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a dosing block.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Príklad 1 (Obr.1)Example 1 (Fig.1)

Statický zmiešavač 1, tvorený polypropylénovou trubicou, je naplnený volne uloženými sklennými telieskami s pravouhlými hranami ako členitou náplňou 11 a je vsadený do koalescenčného bloku 2, tvoreného polypropylénovou nádobou s časti naplnenou sklennými guličkami volne uloženými medzi fibroilovými doskami na polypropylénových sieťkach ako koalescenčnej náplni 21. Zdrojový roztok 3 (ťažšia fáza) a extrahovadlo ako procesná kvapalina 4 (ľahšia fáza) sú vháňané do dávkovacieho bloku 12 statického zmiešavača 1, kde po dispergácii vytvárajú extrakčnú zmes 32, ktorá prestupom cez koalescenčný blok 2 sa gravitačné rozdeľuje na extrakt 41, zhromažďujúci sa ako ľahšia fáza vo vrchnej časti, a rafinát 31, nachádzajúci sa ako ťažia fáza v spodnej časti oddeľovacieho bloku 5 tvoreného polypropylénovou nádobou. Extrakt 41 sa kontinuálne samospádovo odvádza prepadovým výstupom 51 a rafinát 31 potrubným výstupom 61 prepadového potrubia 6 so vzdušnou trubicou 62, ktorá pri uzatvorení slúži tiež k vyprázdňovaniu oddeľovacieho bloku 5.The static mixer 1 formed by the polypropylene tube is filled with loosely arranged glass bodies with rectangular edges as a rugged charge 11 and is embedded in a coalescing block 2 formed by a polypropylene container with a portion filled with glass beads loosely placed between fibroil plates on the polypropylene mesh as 21. The source solution 3 (heavier phase) and the extractant as process liquid 4 (lighter phase) are blown into the dosing block 12 of the static mixer 1, where, after dispersion, they form an extraction mixture 32 which is gravitationally distributed over the coalescing block 2 to extract 41, collected. as the lighter phase at the top, and the raffinate 31, located as the extraction phase at the bottom of the separation block 5 formed by the polypropylene container. The extract 41 is continuously gravitationally discharged via the overflow outlet 51 and the raffinate 31 through the outlet 61 of the overflow pipe 6 with the air tube 62, which also serves to empty the separation block 5 when closed.

Príklad 2 (Obr.2)Example 2 (Fig.2)

Statický zmiešavač 1, tvorený sklennou trubicou, je vyplnený tvarovaným oceľovým telesom z tenkého plechu ako členitou náplňou 11 a je vsadený do koalescenčného bloku 2, tvoreného sklennou lievikovitou nádobou v spodnej časti ukončenou sklennou vatou na nerezovom rošte ako koalescenčnou náplňou 21. Zdrojový roztok 3 (ľahšia fáza) a extrahovadlo ako procesná kvapalina 4 (ťažšia fáza) sú vháňané do dávkovacieho bloku 12 statického zmiešavača 1, kde po dispergácii vytvárajú extrakčnú zmes 32, ktorá prestupom cez koalescenčný blok 2 sa gravitačné rozdeľuje na extrakt 41, zhromažďujúci sa v spodnej časti, a rafinát 31, nachádzajúci sa vo vrchnej časti oddeľovacieho bloku 5 tvoreného sklennou nádobou. Rafinát 31 sa kontinuálne samospádom odvádza prepadovým výstupom 51 a extrakt 41 potrubným výstupom 61 prepadového potrubia 6 so vzdušnou trubicou 62, ktorá pri uzatvorení slúži tiež k vyprázdňovaniu oddeľovacieho bloku 5.The static mixer 1, consisting of a glass tube, is filled with a shaped sheet steel body as an articulated cartridge 11 and is embedded in a coalescing block 2 formed by a glass funnel container at the bottom with a glass wool on a stainless steel grid as a coalescing cartridge 21. Source solution 3 ( a lighter phase) and an extractant as a process liquid 4 (heavier phase) are blown into the dosing block 12 of the static mixer 1 where, after dispersion, they form an extraction mixture 32 which, by passing through the coalescing block 2, gravitationally divides into extract 41 collected at the bottom, and raffinate 31 located at the top of the separating block 5 formed by the glass container. The raffinate 31 is continuously removed by gravity through the overflow outlet 51 and the extract 41 via the outlet pipe 61 of the overflow pipe 6 with the air tube 62, which also serves to empty the separation block 5 when closed.

Príklad 3Example 3

Na Obr. 3 je znázornený statický zmiešavač s tromi príkladmi členitej náplne, kde statický zmiešavač je tvorený dávkovacími blokmi 12 a za sebou radenými rovnými zmiešavacími elementárni 101 tvorenými trubicami, prepojenými rozoberateľnými spojmi 100. Do zdrojového roztoku 3, napríklad vodného roztoku oxidovadla, vstupujúceho do pn/ého z dávkovacích blokov 12, vstupuje upravovacia prísada 42, napríklad roztok k úprave pH zdrojového roztoku 3, do ďalšieho dávkovacieho bloku 12 vstupuje tekutý reagent 43, napríklad redukčné činidlo a do tretieho extrakčné činidlo 44, napríklad vyšší uhľovodík. Výstupná extrakčná zmes 32 je potom vedená do koalescenčného bloku (2) extraktora (Obr. 1). Členitá náplň 11 v prvom zmiešavacom elemente 101 je tvorená zmiešavacími telieskami 111 vo forme oblých lopatiek pevne uchytených na stredovej vodiacej lište 112, v druhom elemente vo forme rovných platničiek upevnených na stenách elementu medzi ktorými je vložená vodiaca lišta so stredovými platničkami a v treťom elemente sú zmiešavacie telieska v tvare striedavo polohovaných dutých polvalcov, ktorá sú pevne spojené za sebou.In FIG. 3 shows a static mixer with three examples of a rugged charge, wherein the static mixer consists of dosing blocks 12 and successive straight mixing elemental 101 formed by tubes interconnected by disassembled joints 100. In a source solution 3, for example an aqueous oxidant solution entering the foaming agent. from the dosing blocks 12, a treatment additive 42, for example a solution to adjust the pH of the source solution 3, enters the next dosing block 12, a liquid reagent 43, for example a reducing agent, and a third extracting agent 44, for example a higher hydrocarbon. The output extraction mixture 32 is then fed to the coalescence block (2) of the extractor (Fig. 1). The articulated cartridge 11 in the first mixing element 101 is formed by mixing bodies 111 in the form of rounded blades firmly attached to the center guide 112, in the second element in the form of flat plates mounted on the walls of the element between which the guide plate with center plates is inserted and in the third element bodies in the form of alternately positioned hollow cylinders which are fixedly connected one after the other.

Príklad 4Example 4

Na Obr. 4 je znázornený príklad špirálovitého tvaru zmiešavacieho elementu 101 z dvoch pohľadov a pod ním sú uvedené príklady tvaru zmiešavacieho bloku 102 (z ľava do prava): labyrintové, lomené špirálové a oblé špirálové usporiadanie.In FIG. 4 shows an example of the spiral shape of the mixing element 101 from two views, and below are examples of the shape of the mixing block 102 (from left to right): labyrinth, angled spiral and round spiral arrangements.

Príklad 5Example 5

Dávkovací blok 12 (Obr. 5) je tvorený ventilovou komorou 121 ukončenou v hornej časti otvorom pre prívod procesnej kvapaliny 4. Vo ventilovej komore 121 ie voľne uložená pohyblivá odľahčená guľka ako ventilový prvok 122 tesniaci v najvyššej polohe k prívodu procesnej kvapaliny 4. Ventilová komora 21 ústí nátokovou trubicou 124 do tela dákovacieho elementu 125 opatreného rozoberateľnými spojmi 100 slúžiacimi k tesnému spojeniu s prívodom zdrojového roztoku 3 (Obr. 1 a 2), alebo so zmiešavacími elementárni 101 (Obr. 3 a 4), alebo so zmiešavacími blokmi 102 (Obr. 4).The dispensing block 12 (Fig. 5) is formed by a valve chamber 121 terminated at the top by a process liquid supply port 4. A movable lightweight ball is loosely disposed in the valve chamber 121 as a valve member 122 sealing at its highest position to the process liquid supply. 21 flows through the inlet tube 124 into the body of the dispensing element 125 provided with removable joints 100 serving for tight connection to the source solution supply 3 (Figs. 1 and 2), or mixing elementary 101 (Figs. 3 and 4), or mixing blocks 102 ( Fig. 4).

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Vynález je využiteľný pri extrakcii a viacfázových chemických reakciách anorganických i organických látok vo výrobe v chemickom, petrochemickom, farmaceutickom a potravinárskom priemysle, ako aj pri čistení priemyselných odpadových vôd.The invention is applicable to the extraction and multiphase chemical reactions of inorganic and organic substances in the production in the chemical, petrochemical, pharmaceutical and food industries, as well as in the treatment of industrial waste water.

Riešenie podľa vynálezu tiež môže byť využité k recyklácii chemických látok a vody.The solution of the invention can also be used to recycle chemicals and water.

Claims

PATENT CLAIMS

A flow extractor, characterized in that a static mixer (1) with a rugged charge (11) and a dosing block (12) in which the process liquid (4) is dispersed in the source solution (3) to form the extraction mixture (32). , preferably an extractant or liquid reagent, is discharged into a coalescing block (2) with a coalescing filling (21), preferably formed by bodies and / or fibers wettable by the extractant (4) and / or extract (41), which is embedded in the separator block (5) serving for gravitational separation of the raffinate phase (31) and extract (41) by means of continuously gravity draining outlet (51) and piping outlet (61) of the overflow pipe (6) with the air tube (62).

2. Flow extractor according to claim 1, characterized in that the flow rate of the extraction mixture (32) in the static mixer (1) is at least twice as high as in the coalescing block (2) and at least twice higher than the flow rate of raffinate (31). block (5).

Flow extractor according to Claims 1 and 2, characterized in that the static mixer (1) is formed by a plurality of dosing blocks (12) and at least two sequentially curved, for example arc or spiral, and / or straight mixing elementary. (101), interconnected releasable joints (100) and / or at least one mixing block (102), preferably in the form of a round and / or broken spiral and / or labyrinth, wherein the treatment additive (42) enters the dosing block (12), for example, a solution or suspension to treat the source solution (3), and / or a liquid reagent (43) and / or an extraction agent (44).

Flow extractor according to Claims 1 to 3, characterized in that the rugged charge (11) is formed by mixing bodies (111) causing turbulence of the flowing liquid, preferably in the form of bent, rounded or straight blades, which are in the mixing element (11). 101) and / or the mixing block (102) of the static mixer (1) firmly clamped on the walls and / or loosely mounted and / or firmly attached to the guide bar (112) and / or rigidly connected to each other.

Flow extractor according to Claims 1 to 4, characterized in that the dosing block (12) is formed by a valve chamber (121) terminated in the upper part by a process liquid supply opening (4) in which the movable valve element (122) is freely received. ) sealing in the uppermost position to the process fluid supply (4), preferably in the form of a lightweight ball, wherein the valve chamber (21) opens through the inlet tube (124) into the body of the dosing element (125) optionally provided with removable joints (100) connection to the source solution supply (3) and / or mixing elementary (101) and / or mixing blocks (102).

6. The method of use of the flow extractor according to claim 1, wherein the flow extractor is used as a reactor for chemical reactions with gravitationally separable liquid phases.