Экстракторы с подводом внешней энергии

Непрерывно действующие колонные экстракторы такого типа в на­стоящее время все более широко применяются в промышленности. Ти­пичными представителями аппаратов этой группы, снабженных механи­ческими мешалками, являются роторно-дисковые экстракторы.

Роторно-дисковые экстракторы. В этом экстракторе (рис. XIII-22) внутри корпуса 1 на равном расстоянии друг от друга укреплены непод­вижно кольцевые перегородки 2. По оси колонны проходит вертикально вал с горизонтальными плоскими дисками, или ротор 3, приводимый во вращение посредством привода 4. Диски ротора размещены симметрич­но относительно перегородок 2, причем каждые две соседние кольцевые перегородки и диск между ними образуют секцию колонны. Чередую щиеся кольца и диски препятствуют продольному перемешиванию. К сме­сительной зоне колонны примыкают верхняя 5 и нижняя 6 отстойные зоны.

Одна из фаз (например, легкая фаза) диспергируется с помощью распределителя 7 и затем многократно дробится (редиспергируется) посредством дисков ротора в секциях колонны. После перемешивания фазы частично разделяются вследствие разности плотностей при обтекании ими кольцевых перегородок, ограничивающих секции колонны. При этом легкая фаза поднимается кверху, а тяжелая фаза опускается книзу и захватывается соответствующими дисками ротора для последующего перемешивания.

Другие колонные экстракторы с мешалками. Аппараты такого типа раз­личаются главным образом конструкцией перемешивающих устройств. Так, вместо перемешивающих дисков в колонном аппарате (рис. ХIII-23, а) применяют открытые турбинные мешалки 1, а на его стенках устанавли­вают неподвижно вертикальные отражательные перегородки 2, улучшаю­щие перемешивание. Мешалки ограничены неподвижными кольцевыми перегородками 3.

В экстракторе другой конструкции (рис. ХIII-23, б) внутри каждой секции, помимо кольцевых перегородок 3, установлены дополнительные направляющие перегородки в виде горизонтальных дисков 2, между ко­торыми зажаты вертикальные сетчатые толстостенные перегородки в фор­ме колец 4 из витков металлической сетки. С помощью таких кольцевых сетчатых перегородок облегчается коалесценция капель и достигается лучшее разделение фаз. Диски 2 и кольцевые перегородки 3 образуют как бы капсулу, в которой находятся лопастные мешалки 1.

Аппарат этой конструкции можно лишь условно отнести к экстракто­рам дифференциально-контактного типа. По принципу действия его мож­но считать колонным (вертикальным) смесительно-отстойным экстракто­ром, значительно превосходящим по компактности смесительно-отстойные экстракторы, описанные выше.

В непрерывно действующих колонных механических экстракторах достигаются хорошее диспергирование одной фазы в другой и высокая ин­тенсивность массопередачи. Эти аппараты занимают малую производст­венную площадь и надежны в эксплуатации. Вместе с тем им присущи определенные недостатки. При большом числе ступеней (примерно больше 6—8) усложняется конструкция ротора и чрезмерно возрастает высота аппарата. Допустимые нагрузки ограничены, причем они снижаются с уменьшением разности плотностей фаз, а также в тех случаях, когда обрабатываемые системы жидкость — жидкость легко эмульгируются.

Пульсационные экстракторы. Введение дополнительной энергии в жид­кости путем сообщения им возвратно-поступательных колебаний (пуль­саций) возможно двумя способами:

1) с помощью вибрирующих внутри аппарата перфорированных таре­лок, укрепленных на общем штоке, которому сообщается возвратно-по­ступательное движение;

2) посредством специального механизма (пульсатора), находящегося вне аппарата: создаваемые пульсатором колебания гидравлически пере­даются жидкостям в экстракторе (см. рис. XIII-24).

Второй способ более экономичен и осуществляется при отсутствии движущихся частей в самом аппарате. Поэтому экстракторы с выносными пульсаторами применяются наиболее часто.

Пульсации способствуют лучшему дроблению диспергируемой фазы на капли и соответственно увеличению поверхности контакта фаз, ин­тенсивному их перемешиванию, а также увеличению времени пребывания диспергируемой фазы и ее задержки в колонне.

Ряд исследований показал, что возрастание эффективности под дейст­вием пульсаций достигается благодаря увеличению поверхности контакта фаз, в то время как коэффициент массопередачи несколько уменьшается из-за продольного перемешивания.

В принципе использование пульсаций как средства интенсификации массообмена при экстракции возможно в экстракторах различных конст­рукций. Известны, например, распылительные, насадочные, ситчатые и смесительно-отстойные экстракторы, работающие с пульсированием жид­костей. Наиболее распространены ситчатые и насадочные пульсационные экстракторы.

Рис. ХIII-24. Пульсационные колонные экстракторы:

а — ситчатый с поршневым пульсатором; б — насадочный с пневматическим пульсатором; 1 — колонна с ситчатыми тарелками; 2 — пульсатор; 3 — насадочная колонна; 4 — поршень; 5 — камера.

Пульсационный ситчатый экстрактор (рис. ХIII-24, а) представляет собой обычную колонну 1 с ситчатыми тарелками, к которой присоединен пульсатор 2. По аналогии с насосами различают пульсаторы поршневые (плунжерные), мембранные, сильфонные и пневматические. Поршневой пульсатор — это бесклапанный поршневой насос, который присоединяет­ся либо к линии подачи легкой фазы (рис. XIII-24, а), либо непосредст­венно к днищу колонны. С помощью пневматического пульсатора (рис. XIII-24, б) при движении поршня 1 периодически изменяется дав­ление воздуха или инертного газа над свободным уровнем жидкости в камере 2, соединенной с насосом. Эти колебания давления, в свою очередь, вызывают колебательное движение жидкости в экстракционной насадочной колонне 3.

Отделение аппарата от пульсатора значительно облегчает обслужива­ние экстракционной установки в тех случаях, когда недопустимо сопри­косновение обслуживающего персонала с обрабатываемыми жидкостями и требуется полная герметизация аппаратуры, например при работе с радиоактивными и ядовитыми растворами. В этом заключается специфи­ческое и существенное достоинство пульсационных экстракторов, которые по интенсивности массопередачи и производительности близки к механи­ческим экстракторам с мешалками.

Основной недостаток пульсационных экстракторов — ограниченность диаметра этих аппаратов (обычно не более 600—800 мм). С увеличением диаметра возрастают трудности гидродинамического характера (неравномерность распределения скоростей по сечению аппарата, возможность кавитации), а также резко увеличивается расход энергии на сообщение пульсаций большим объемам жидкости в аппарате.