Багатоступінчастий екстрактор з відцентровим поділом фаз

Винахід відноситься до екстракційної техніки і може використовуватися при необхідності створення великої кількості ступенів рівноваги та обробці рідин, що важко розшаровуються у хімічній, фармацевтичній, атомній, нафтохімічній, харчопереробній, рідких металів та інших промисловостях. Відомі одноступінчасті та багатоступінчасті екстрактори з ефективним відцентровим поділом фаз. Одноступінчастний екстрактор складається з привода, корпусу і закріпленого на валу вертикального ротора з циліндричною та конічною частинами. У нижній частині корпусу розташована камера змішування, мішалка якої прикріплена до ротора. Вихідні розчини надходять у камеру змішування, емульсія, що утворюється, потрапляє в середину конічної частини ротора, рухається угору в циліндричну частину ротора, де розподіляється на легку та важку фази, котрі зливаються у відділи збору фаз і виводяться з екстрактора. Регульований гідрозатвор дозволяє змінювати положення межі розподілу фаз. Такі екстрактори гідравлічно автономні, тому не мають зворотнього перемішування, яке знижує розподіл концентрацій по ступенях, однак потребують встановлення індивідуального приводу на кожну ступінь 1, оскільки мішалка і ротор знаходяться на одному валу, фактор розподілу та інтенсивність перемішування окремо не регулюються. Тому вони потребують великої кількості приводів, займають велику робочу площу, не можуть зменшувати інтенсивність перемішування, не зменшуючи фактор розподілу фаз (1). Відомий багатоступінчастий відцентровий екстрактор, що являє собою барабан, який обертається навколо горизонтального валу, усередині поділений спіральною перфорованою перегородкою на канали прямокутного перерізу. Легку та важку фази подають насосами крізь вал по окремим каналам. Легку - до периферії барабану, важку - з середини. У барабані рідини рухаються протитоком, багаторазово перемішуючись при витіканні через отвори у перегородці. Виходять рідини також через окремі канали валу. Апарат має високу інтенсивність відцентрового розподілу фаз. Але він не має чітко визначених зон змішування та поділу фаз, які визначають ступені рівноваги, складний у виготовленні, має різні фактори розподілу фаз і інтенсивності диспергування на різній відстані від осі барабану. Фактор розподілу та інтенсивність диспергування окремо не регулюються (2). Найбільш близьким до винаходу за сукупністю ознак є багатоступінчастий екстрактор з відцентровим поділом фаз, який складається з циліндричного корпусу з системою підшипників для опори та відділами для прийому екстракту і рафінату, приводу, що обертає циліндричний ротор із шайбами, які розділяють зони змішування та відстоювання, і каналами для виведення екстракту і рафінату, валу з власним приводом і мішалками, які входять у зону змішування, та каналами для протитечної подачі легкої та важкої фаз. Вихід легкої фази із ротора з одного боку апарата здійснений через поріг, що визначає рівень вільної поверхні в екстракторі, вихід важкої фази із ротора з іншого боку апарата - через гідрозатвор. Зовні екстрактор має корпус з відділами для приймання рафінату та екстракту (3). Причинами, що перешкоджають у прототипі одержанню технічного результату, якого досягають у заявляємому пристрої, можна вважати те, що масообміниу ефективність екстрактора суттєво знижує поздовжнє перемішування фаз, гідравлічний затвор на останньому ступені перед виходом важкої фази із ротора не дозволяє підтримувати межу розподілу фаз уздовж усього екстрактора, особливо при коливаннях подачі фаз, їх густини, або швидкості обертання ротора. До недоліків прототипу слід віднести відсутність вузлів гідрозатвору важкої фази та примусового транспортування легкої фази між кожною ступенню екстрактора. До того ж жорстка конструкція мішанок не дозволяє витягти вал із ротора без розбору апарата, що значно ускладнює монтаж і демонтаж екстрактора. Технічна задача, яка поставлена у заявляємому винаході, полягає в створенні багатоступінчастого, екстрактора з відцентровим поділом фаз, конструктивні особливості якого забезпечують інтенсифікацію масообміну за рахунок гідравлічної незалежності ступеней 1, таким чином, виключення повздовжнього перемішування, яке веде до порушення розподілу концентрацій фаз між ступенями, а також відтворення рівня міжфазної поверхні на кожній ступені. Поставлена задача вирішується тим, що в багатоступінчастому екстракторі з відцентровим поділом фаз, який складається з циліндричного корпусу з системою підшипників для опори ротора ї відділами для прийому екстракту та рафінату, приводу, що обертає циліндричний ротор з шайбами, що розподіляють зони змішування та відстоювання, та каналами для виведення екстракту і рафінату, валу з власним приводом і мішалками, які входять у зони змішування, та каналами для протитечної подачі легкої та важкої фаз, у відповідності з винаходом поміж суміжними зонами відстоювання у роторі закріплені шайби, що створюють гідрозатвор важкої фази, над пдрозатворами на валу закріплені патрубки примусової передачі легкої фази з одного ступеня до іншого, причому патрубки передачі легкої фази встановлені з можливістю повороту у шарнірах вузлів закріплення їх на валу, більший патрубок зігнутий назустріч входу легкої фази, а мішалка складається із кількох рухомих відносно одна однієї ланок або троса. Технічний результат, що досягається при здійсненні винаходу, полягає в інтенсифікації процесу екстракції за рахунок виключення поздовжнього перемішування, що порушує розподіл концентрацій переробляємих рідин між ступенями, створення рівня міжфазної поверхні на кожному ступені. Гідравлічно незалежні ступені заявляємого екстрактору забезпечують такий же ефективний масоперенос, як і гідравлічна незалежні ступені ящикових екстракторів, код ступені яких складає більше 90%. Приводимо конкретний приклад здійснення винаходу. На фіг.1 схематично зображено загальний вигляд і рух легкої та важкої фаз у багатоступінчастому екстракторі з відцентровим поділом фаз. До складу екстрактора входять циліндричний корпус 1 з системою підшипників 2 для опори ротора 3 і відділами 4 для прийому екстракту та рафінату, привод 4 ротора 3, та привод 6 валу 7. На фіг.2 схематично зображений поперечний переріз екстрактора. Екстрактор складається з корпусу 1, циліндричного горизонтального ротора 3, на якому закріплені шайби 8, що створюють зони змішування 9, та шайби 10 і 11, що поділяють зони відстоювання 12, одночасно створюючи гідрозатвор фажкої фазі, валу 7 з закріпленими на ньому мішалками 13, які входять в зони змішування, та патрубки 14 примусової передачі легкої фази з одного ступеню до іншого, у середині якого знаходяться канали для протитечної подачі легкої та важкої фаз. Шайби 8 мають отвори для входу відстояних легкої та важкої фаз в зону змішування і виходу емульсії із неї. Шайби 10 мають отвори для проходу важкої фази з однієї зони відстоювання до іншої, внутрішній діаметр шайби 11 визначає рівень міжфазової поверхні у зонах відстоювання. Мішалки 13 складаються з кількох рухомих відносно одна однієї ланок або троса, які складаються під час монтажу або демонтажу валу, а патрубки 14 передачі легкої фази встановлені з можливістю обороту у шарнірах вузлів закріплення їх на валу, вхідний патрубок має більшу довжину і зігнутий назустріч входу легкої фази, це дозволяє повернути патрубки у їх шарнірах при контакті з шайбами. Довжина входного патрубка легкої фази визначає рівень легкої фази по зонах. Працює екстрактор таким чином. Вмикають приводи ротора і, валу, після встановлення потрібних швидкостей обертання ротора і валу через відповідні штуцери помалу в заданому співвідношенні подають легку і важку фази до появи їх у зливних штуцерах відповідних відділів корпусу. Потім відкривають подачу легкої та важкої фаз з заданою продуктивністю. Після закінчення роботи відключають подачу фаз, а потім і приводів. Після зупинки ротору частина легкої та важкої фаз, що не утримується шайбами у роторі, зливається у інші збірники, тому що їхня концентрація може бути порушена. Для виходу на потрібний режим через екстрактор необхідно пропустити рідини в об'ємі двох роторів. Швидкість обертання ротора визначає інтенсивність відцентрового поділу фаз, швидкість відносного обертання ротора і валу визначає інтенсивність перемішування, або тонкість дисперсії. На десятиступінчастому макеті екстрактора з відцентровим поділом фаз (ротор діаметром 200мм, довжиною 1000мм) на системі "гас - бензойна кислота - вода" при продуктивності 300 - 500л/рік по легкій фазі було одержано 9,2 - 9,5 ступенів рівноваги з утриманням легкої фази з важкою 0,01 - 0,001%. У системі "гас - вода (60%) - гліцерин (40%)" утримання легкої фази з важкою досягало 0,05%. У той же час у ящикових екстракторах на останній системі утримання досягало 40%. Таким чином, запропонований винахід інтенсифікує процес екстракції, забезпечує ефективний масоперенос, значно скорочує кількість одиниць обладнання, потрібного для виконання процесу. Джерела інформації 1. Чернишов И.С., Придиус С.В., Помазановская Т.И. и др. Аппаратурное оформление процесса жидкостной экстракции фламина // Химико-фарм. журнал. - 1990. - Т.24. - №9. - С.73 - 74. 2. А.с. СССР №9136714, кл. B01D11/02, опубл. 1960, БИ №18. 3. А.с. СССР №187729, кл. B01D11/02, опубл. 1968, БИ №21 (прототип).