Пристрій для диспергування двох фаз в процесі екстрагування розчином

Изобретение относится к установке диспергирования двух фаз в процессе экстракции таким обратом, чтобы каждая ступень экстракции включала в себя несколько стадий смеиивания и чтобы на ка,кдой стадии смешивания процесс смешивания осуществлялся с помощью вертикальной циркуляции, а еще лучше за счет или с помощью интенсифицированной вертикальной циркуляции. Цель изобретения - получение высококачественной дисперсии и создание двухконтурной циркуляции. В соответствии с изобретением, диспергирующее оборудование одной ступени экстракции в процессе экстракции представлено несколькими смесителями, снабженными цидиндрами циркуляции. Является предпочтительным, чтобы по меньшей мере один из смесите лей был оборудован дисперсионным насосом, а трубопроводы тяжелой фазы и трубопроводы легкой фачы соединены с верхней частью циркуляционного цилиндра. Смесители соединены последовательно. Первый из двух смесителей меньше по габаритам второго. Насос для дисперсии каждого смесителя установлен соосно с турбинным пасосом в средней или верхней части его, а всасывающий вход расположен над средней частью турбинного насоса, устройство снабжено всасывающим цилиндром, закрытым сверху по меньшей мере двумя восходящими турбинами, конусными пластинами, нижний конец которых установлен под поверхностью жидкости, а верхний, по меньшей мере, на уровне поверхности жидкости в смесителе, при этом восходящие трубы снабжены соединительной круговой трубой и собирающим желобом, расположенным над поверхностью жидкости в смесителе . Круговая труба снабжена ,ю меньшей мере одной горизонтальной прорезью, которая расположена на внутренней стороне круговой трубы под углом 20-40° от самої! пысокоп точки трубы, на внешней кромке круговой Трубы установлен наклонный вниз элемент , устройство снаОжено установленной над круговой трубой наклонно кольцеобразной шайбой. Сборный желоб в верхней части выполнен с накпонной поверхностью, направленной внутрь. Нижняя часть наклонной поверхности продолжается в виде изогну гон пнутрь тормозной поверхности, 3 І.п.ф-лы, 4 ил. 1540648 Изобретение относится к установке совпадающем или параллельном направдля диспергирования двух фаз в пролении, В случае установки на каждом цессе экстрагирования раствором. этапе экстракции нескольких смесителей , что и предусмотрено изобретениЦель изобретения - получение высоем, процесс экстракции промышленного кокачественной дисперсии и создание масштаба можно осуществить с меньшим двухконтурной дистилляции. числом этапов или ступеней экстракНа фиг, 1 представлена схема техции. нологического процесса экстрагирования; на фиг. 2 - смесители, соединенНа фиг, 2 более детально показаны ные последовательно и участвующие в смесители фиг, 1 и их соединения. одной ступени экстрагирования, попеПоток раствора 4 легкой фазы и питаречный разрез; на фиг, 3 - верхняя ющий раствор 6 тяжелой фазы подаются •часть смесителя, в которой расположен в циркуляционный цилиндр 11 t который дисперсионный насос, попеоечіїьій разрасположен в нижней части смесителя, 15 рез; на фиг. 4 - один из рекомендуеа точнее в конически суженную верхнюю мых методов соединения для чувствичасть этого цилиндра. Дисперсия в тельных к эмульсии систем. данном случае осуществляется с помощью турбинного насоса 12, который На фиг. 1 показаны первые стадии обработки потока легкой фракции раст- 20 располагается в центральной или верхней части смесителя. В верхней части вора (по направлению потока этой первого смесителя установлена горифракции); этими стадиями обработки зонтальная отбойная или отражательная являются: этапы экстракции Л, этап перегородка 13. В самом смесителе,, промывки В и этапы повторной экстракпримерно на том же уровне, на котоции С. 25 ром располагается горизонтальная Установка включает резервуар I для отражательная перегородка 13, размехранения, из которого выходит легкая щается вертикальная трубка 14, через фаза, предварительный смеситель 2, которую, а также, через трубопровод куда добавляют химические добавки 3, 15 дисперсия подается в следующий которые непосредственно поступают в 30 смеситель 7, а°точнее дисперсия поэкстракционный раствор легкой фазы. дается в верхнюю часть циркуляционОсновная часть предварительно смешан» ного цилиндра 11 эзого смесителя. ного экстракционного раствора 4 посНижняя кромка вертикальной трубки 14 тупает в первый смеситель 5 первой располагается примерно на полпути ступени или этапа экстрагирования, 35 между турбиной и горизонтальной отВ этот- же смеситель подается также ражательной перегородкой. раствор 6 тяжелой фазы, так что на этом этапе экстрагирования оба растКонструкция второго смесителя 7 вора будут течь в совпадающем или отличается от конструкции первого параллельном направлении, После высмесителя тем, что во втором смеситехода из первого смесителя 5 дисперсия 40 ле 7 над турбинным насосом 12 и коакпоступает во второй смеситель 7» а сиалько с ним установлен дисперсионотсюда - в третий 8, Из последнего ный насос 16. Выходящая из турбонапоток дисперсии проходит в предотсоса струя дисперсии направлена стойник 0 и дальше в отстойник 10, вверх и в пространство, ограниченное На втором и третьем этапах экстракции 45 дисперсионным насосом и внешними или экстрагирования легкая фаза растстенками самого смесителя. Именно вора регулируемым образом выводится поэтому поток дисперсии протекает из предсмесителя, тогда как тяжелая по направлению вниз между струями фаза раствора проходит из первой стутурбонасоса и от иидней части смесипени экстракции во вторую, а из вто- 50 теля через циркуляционный цилиндр 11 рой - в третью , На втором и третьем по направлению вверх до нижней части этапах экстракции используются тольтурбонасоса. За счет использования ко два смесителя. Это же количество образуемой в данном случае эффективсмесителей используется и на этапе ной циркуляции в виде двойной петли промывки В и на этапе повторного 55 можно поддерживать и сохранять весь экстрагирования С, На этапах повторобъем смесителя, включая и верхнюю ной экстракции и промывки раствор его часть, в условиях контролируемой кислоты и поток легкой фазы текут в дисперсии. Кроме того, р данном слу 1540648 тическим фактором, в данном случае чае имеется возможность вводить химожно использовать от 2 до 24 трубок. мические добавки непосредственно в Диаметр вертикальной трубки выбираетструю дисперсии, которая направлена ся с таким расчетом, чтобы скорость строго вверх, потока среды по этим трубкам о с т а в а Чтобы повысить эффективность раболась относительно низкой в пределах ты смесителя в случае обработки им от 0,1 до 0,5 м/с. высокого или большого объема потока Образуемая потоком среды турбураствора при одновременном достижении лентность в пределах рассматриваемой равномерной интенсивности перемеши10 зоны обычно будет очень небольшой, вания среды, в этом смесителе в дотак что перекачка не будет уменьшать полнение к турбонасосу 12 устанавлиразмер средней капли. вается дисперсионный насос 16, который располагается в верхней части Через вертикальные трубки 20 д и с смесителя и на одной оси !6 с турбин- 15 персия непосредственно направляется ным насосом 12. Осноьной и главной в круговую трубу 23, которая соедифункцией дисперсионного насоса являняется с вертикальными трубками. Эта ется подъем потока дисперсии до уровкруговая труба служит в качестве р а з ня , который намного выше находящейся деляющей фазы раствора центрифуги; в смесителе поверхности жидкости. 20 в пределах кольцевой или круговой Это необходимо потому, что как в трубы поток несколько затухает и з - з а предотстойнике 9» так и в отстойнике частичного столкновения выходящих из 10 поверхность жидкости также намного вертикальных трубок подпотоков, Дисвыше поверхности жидкости в смеситеперсия выходит или разгружается из ле 7. Дисперсионный насос 16 вращает- 25 круговой трубы 23 через горизонталься с той же скоростью, что и турбоную прорезь, которая располагается насос. Над турбонасосом 12 расположен внутри кольцевой трубы под углом в всасывающий цилиндр 18. Всасывающее 20-40° относительно самой высокой отверстие 19 всасывающего цилиндра 18 точки этой трубы. Совсем не обязадисперсионного насоса 16 располагаеттельно, чтобы эта горизонтальная про30 ся довольно близко от турбонасоса, р е з ь была равномерной по всей длине, несколько выше средней точки, но ниже вместо одной равномерной прорези можповерхности жидкости. Обслуживающие но использовать несколько небольших дисперсионный насос вертикальные прорезей, расположенных, в той части трубки 20 располагаются в пррделах трубы, которая всегда остается между всасывающего цилиндра, который в 35 вертикальными трубками. верхней своей части герметически з а к На фиг. 3 видно, что над круговой рыт. Эти вертикальные трубки располатрубой 23 установлена в наклонной погаются таким образом, чтобы они образиции кольцеобразная (пластина) шайзовывали расширяющийся кверху конус, а нижние части этих трубок окружены, 40 ба 24, которая окружает эту круговую трубу и заставляет дисперсию, выходяв частности ниже поверхности жидкощую из круговой трубы, проходить межсти, конусообразными пластинками, из ду упомянутой кольцеобразной шайбой которых показана только одна внешняя 24 и круговой трубой, Иа внешней -л, конусообразная пластинка 2 1 . Б своих де; кромке круговой трубы 23 установлен верхних частях конусообразные пласузкий элемент 25 ( t r e y h o l d ) , который тинки удлиняются по меньшей мере до наклонен по направлению вниз и внешуровня, который совпадает с поверхноняя поверхность которого параллельна стью жидкости 22 в самом смесителе. кольцеобразной ыайбе. Основной функКонусообразные пластинки вращаются 50 цией этого узкого элемента 25 являетс той же скоростью, что и вертикалься отвод потока дисперсии как можно ные трубки. , дальше от круговой трубы. Кольцеобразная шайба 24 и узкий элемент 25 располагаются относительно друг друга Восходящий угол вертикальных труа таким образом, чтобы направить выхобок выбирается в соответствии с р а з дящий из круговой трубы поток диспермером установки-и скоростью вращения. сии вниз под углом примерно в 45°, Рекомендуется выбирать этот угол в а диапазоне от 30 до 6 0 . Количество Установка работает следующим об- вертикальных трубок не является криразом. 7 15406/*8 Выходящий из круговой трубы 23 поток дисперсии направляется в верхнюю камеру смесителя, где дисперсия попадает в сборный лоток, который проходит по пеоиметру верхней камеры смесителя. Цижняя поверхность сборного лотка 26 расположена выше поверхности, находящейся в смесителе жидкости 22, Внешняя поверхность 27 сборно-*« го лотка 26 одновременно служит в к а честве поверхности цилиндра смесител я . Внутренняя поверхность 28 сборного лотка может быть выполнена таким образом, чтобы она в своей нийсней J5 части была параллельна внешней поверхности, а в верхней части - параллельна вертикальным трубкам 20 д и с персионного насоса. Кроме т о г о , з д е с ь образуется поверхность 29, которая 20 имеет укпон от внешней поверхности сборного лотка по направлению к внутренней поверхности этого же л о т к а , с чтобы принять диспеосию,- причем нижняя ч а с т ь поверхности 29 продолжает- 25 ся в виде изогнутой по направлению внутрь тормозной поверхности 30. Как уже отмечалось выше, гибкая и "нежная" обработка дисперсии является очень важным фактором в деле успешно- 30 го устранения опасности эмульгирования. Именно поэтому конструкция у с т а новки включает в себя наклоненную под определенным углом поверхность 29, которая смягчает удар выходящей к из круговой трубы дисперсии. Тормозная поверхность 30 используется для замедления потока дисперсии, поскольку в момент прохождения дисперсии по этой тормозной поверхности она вы40 нуждена преодолевать все еще д е й с т вующую здесь центробежную силу. Если реакция экстрагирования протекает медленно, тогда можно отказаться от использования тормозной поверхности, 45 и в этом случае сборный лоток функционирует в качестве продолжения смесителя, так как даже при нахождении в сборном лотке дисперсия все еще продолжает находиться в вихревом движении , 50 На фиг. 2 видно, что внутренняя циркуляция раствора на этапе экстрагирования происходит от отстойника 10 во второй смеситель 7, т.е. она происходит через трубопровод для легкой фазы 31 и трубопровод для тяжелой фазы 32 и до верхней части ци 8 линдра циркуляции. Все эти операции регулируются с помощью соответствующих клапанов 33 и ЗА. В данном случае можно сделать так, чтобы во втором и третьем смесителях одновременно желаемая фаза находилась в диспергированном состоянии. Это достигается за счет того, что в первом смесителе побудительные силы экстрагирования поддерживаются на максимально возможном уровне. Таким образом, подача в первый смеситель не разбавляется в результате использования циркуляции отстойника, которая уже была разбавлена по отношению к компоненту, который предстояло экстрагировать, однако циркуляции отстойника направляются в другой смеситель. На фиг. 2 также видно, что подача легкой фазы 35 из другой стадии экстрагирования направляется на поверхность жидкости второго смесителя. На фиг. 2 не показана подача тяжелой фазы со стадии промывки, однако она полается непосредственно в цилиндр циркуляции. На этапах подготовки оборудования к запуску в работу используется также трубопровод отвода тяжелой фазы 32, который отходит от той же стадии или ступени экстрагирования. Трубопровод отвода тяжелой фазы, который соединен с соответствующей системой трубопроводов дисперсионного насоса, обеспечивает срабатывание или нормальное функционирование циркуляции двойной петли, которая является важным моментом нормальной работы смесителя. Различия в удельном весе ис-" пользуемых растворов могут вызвать образование ситуации, когда в верхней части смесителя находится какаято часть легкой фазы, а в нижней части этого же смесителя находится какая-то часть тяжелой фазы. Эти зоны неполного смешивания могут выступать в качестве препятствий, которые мешают запуску в работу нормальной циркуляции в смесителе, 3 подобной ситуации дисцерсионный насос подает относительно большее количество легкой фазы в отстойник, а какая-то часть тяжелой фазы возвращается по обратному трубопроводу в смеситель. После кратковременной работы описываемой установки достаточное количество тяжелой фазы раствора проходит в турбину, (турбонасос) смесителя через ци 10 линдр циркуляции, благодаря чему поцесса диспергирования, вводятся и является возможность запустить в раосуществляются в первом и втором смеботу циркуляцию двойной петли. Рекосителях и именно поэтому скорость мендуется с помощью клапана 34 постовращения турбонасоса третьего смесиянно поддерживать возврат слегка тятеля можно уменьшить еще больше по желой фазы. сравнению со скоростью вращения турбонасоса второго смесителя, причем Из сборного лотка 26 дисперсия в данном случае фазы все еще находятчерез трубопровод 36 попадает в треся в хорошем дисперсионном состоянии. тий смеситель. Последний идентичен 10 первому смесителю по своей конструкВ тех случаях, когда во всех смеции и типу. Верхняя камера третьего г сителях стадии экстрагирования абсосмесителя снабжена горизонтальной лютно необходим строгий! контроль и отражательной перегородкой, на или регулирование типа дисперсии, наибопо оси которой установлена манжета лее перспективной практикой является 15 установка в первом смесителе дисперили хомут 37, который и исключает вероятность обратного протекания диссионного насоса и установка во втоперсии. На противоположной стороне ром и третьем смесителе горизонтальэтого смесителя (по отношению к верной отражательной перегородки. Обраттикальной трубке !4) расположено отные потоки от отстойника поступают верстие (не показано), через которое в первый смеситель, где в состоянии дисперсия свободно протекает в преддисперсии поддерживается правильная варительный отстойник 0, Благодаря фаза - правильная фаза в соответствии с или по отношению к конкретной . такому расположений поток дисперсии ситуации. Предпочтительным является вынужден проходить поверх всей гори- 25 располагать горизонтальную отражазонтальной отражательной перегородки тельную перегородку во втором и тре13 и уже на этой стадии происходит тьем смесителях на том же уровне, частичная классификация фаз. Горизомна котором происходит осаждение потал ьная отражательная перегородка верхности дисперсии в дисперсионный третьего смесителя располагается на 30 лоток первого смесителя. Переливный том же уровне, что и поверхность дисили переточный "трешолд" (treshold) персии в сборном лотке второго смесисборного лотка отстойника устанавлителя или чуть ниже. Именно поэтому в вается на том же уровне или чуть ниданном случае нет необходимости переже по сравнению с уровнем установки качивать дисперсию в третий смеситель горизонтальных отражательных перегоа скорость вращения турбонасоса треродок упомянутых смесителей, чтобы тьего смесителя можно уменьшить еще не подвергать опасности или сомнению больше. достаточную емкость устройств для За счет установки трех смесителей приема растворов на стадиях экстрав соответствии с данным изобретением 40 гирования , соединенных по принципу можно поддерживать скорость вращения противотока. первого турбонасоса на уровне выше скорости вращения второго турбонасоНа втором и третьем этапе экстраса, что особенно важно и имеет пологирования стадии экстрагирования жительный эффект в тех случаях, когда (фиг. 1 ) , а также на этапе промывки 45 интенсивный процесс экстрагирования и на этапе повторного экстрагировавызывает образование антидисперсионния используется по лва смесителя ного эффекта, что непосредственно на каждый этап. В этих случаях персвязано или обусловлено смешивающимивые смесители снабжаются дисперсионся движениями на поверхности раздела. ным насосом, а вторые смесители снабСледовательно, рекомендуется повышать 50 жаются горизонтальными отражательныскорость вращения, если процесс экстми перегородками. Внутренние циркулярагирования предусматривает обязации на любом этапе подаются в первый тельное введение какой-то химической смеситель и в верхнюю часть цилиндра добавки, которая должна смешиваться циркуляции. Однако легкая фаза, выхо55 дящая из смежного этапа, подается в ходе осуществления этого процесса как можно быстрее. Все химические дона поверхность жидкости первого смебавки и циркуляции, которые необходисителя, где раствор переходит в свомы для повышения эффективности прободный поток, так как в данном слу u 540648 12 турбинный насос, установленный над чае дисперсионным насос обеспечивает циркуляционным цилиндром, предварипонижение упомянутой поверхности жидтельный отстойник и отстойник, прикости, В данном случае скорость врачем смеситель связан с отстойником щения турбонасоса во втором смесителе той же ступени экстрагирования воз-т можно понизить до уровня, которого, •вратным трубопроводом тяжелой фазы невозможно добиться в случае иси возвратным трубопроводом легкой фапользования только одного смесителя. зы, о т л и ч а ю щ а я с я тем, Кроме того, в данном случае дисперчто, с целью получения высококачестсия передается из сборного лотка пеивых смесителей в ограниченную часть 10 венной дисперсии, по меньшей мере один из смесителей снабжен насосом цилиндра циркуляции следующего смесидля дисперсии, а трубопроводы тяжетеля , где благодаря эффекту всасывалой фазы и трубопровод легкой фазы ния гарантируется прохождение потока соединены с верхней частью циркулядисперсии между смесителями даже при 15 ционного цилиндра, низких скоростях вращения турбонасоса. 2. Установка по п, ^ о т л и ч а ю щ а я с я тем, что смесители Показанная на фиг. 4 конструкция соединены последовательно, устройства особенно эффективна при обработке экстенсивных и исключитель- 20 3. Установка по п. ^ о т л и но чувствительных к эмульсии систем ч а ю щ а я с я тем, что первый из раствора. На фиг. 4 видно, что блок двух смесителей меньше по габаритам смесителя включает предсмесителъ 38 второго, и предсмеситель 39, снабженные гори4. Установка по п, ^ о т л и зонтальной отражательной перегород- 25 ч а ю щ а я с я тем, что, с целью кой , Необходимые химические добавки получения высококачественной диспервводятся в предсмесителъ, а обратные" сии и создания двухконтурной циркуляпотоки,- которые необходимы для сохрации, насос для дисперсии каждого сменения и поддержания желаемого типа сителя установлен соосно с турбинным дисперсии» поступают из отстойника насосом в средней или верхней его 30 той же стадии или ступени. Потоки части, а всасывающий вход расположен раствора, выходящие из смежных станад средней частью турбинного насоса, дий экстрагирования, направляются по установка снабжена всасывающим циописанной схеме; тяжелая фаза направлиндром, закрытым сверху по меньшей ляется в верхнюю часть цилиндра цирмере двумя восходящими трубами, кокуляции, а легкая фаза направляется 35 нусными пластинами, нижний конец кона поверхность жидкости. Поскольку торых установлен под поверхностью используемый в данном, случае преджидкости, а верхний - по меньшей месмеситель намного меньше по своим гаре на уровне поверхности жидкости в баритам главного смесителя, то появсмесителе, при этом восходящие трубы ляется возможность использовать более снабжены соединительной круговой трунизкие скорости вращения турбонасоса бой и собирающим желобом, располои значительно уменьшить опасность женным над поверхностью жидкости возникновения эмульгирования, которое в смесителе, обычно связано с дисперсией раство5. Установка по п, 4, о т л и ров. После предварительного дисперги- 45 ч а ю щ а я с я тем, что круговая ров ания диспер сия в главном смесителе труба снабжена по меньшей мере одной может поддерживаться в нужном состоягоризонтальной прорезью, которая раснии при относительно низкой скорости положена на .внутренней стороне круговращения турбонасоса. вой трубы под углом в 20-40° от са50 мой высокой точки трубы, Формула и з о б р е т е н и я 6. Установка по п. 4, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что на внешней 1, Установка для диспергирования кромке круговой трубы установлен нак двух фаз в процессе экстрагирования 55 лонный вниз элемент, • раствором, включающая по меньшей мере два смесителя, каждый из которых со7. Установка по п. 4, о т л и держит циркуляционный цилиндр, распоч а ю щ а я с я тем, что она снабложенный в вижней части смесителя, 13 1540643 жена установленной над круговой трубой в наклонном направлении кольцеобразной шайбой. 8. Установка по п. 4 , о т л и ч а ю щ а я с я тем, что сборный желоб в верхней части выполнен с 14 наклонной поверхносгъю, направленной внутрь. 9. Установка по п, 4, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что нижняя * часть наклонной поверхности продолжается в виде изогнутой внутрь т о р мо 1НОИ поверхности. W Фиг 2 1540648 11 A 11 7777ШШ77Ж7777Ш/Ш/, Редактор М.Недолуженко ФіпМ Составитель Л.Сондор Техред М.Дидык " Корректор О.Кравцова Заказ 233 Тираж 543 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101