Установка для диспергирования двух фаз в процессе экстрагирования раствором

ОЮЗ СОВЕТСНИХ ЦИАЛИСТИЧЕСН СПУБЛИН Ю И) 54 01 0 1(5 ИСАНИ АТЕНТУ 21) 402 22) 27, 31)854 32) 28, 33) Г 1 46) 30, 71) Оут 72) Бро альтхолВальто 53) 66.56) Пат л. В 01 ЕРГИРОВАНИЯТРАГИРОВАНИЯ к устааз в пр У б азом, чтоии включа- смешиваракц адий стад смешиуществлялиркуляции, омощью альной цир- получеа счет или с ванной верти ще фицир Цел ококаинтен зобретения твенной ди л и рс ние в создани В соотв пергир ни экс колькими смесител цилиндрами циркул едпочтительным, ч предста ми, сна ции. Яв бы по м ен женнымияется тормоз4 ил. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР 1.90. Бюл. Р 4кумпу Ои (1)Геран Ниман, Стиг-Эрикм, Лауно Лео - ЛильяЙоханнес Мякитало (Г 1)61.5.05(083.3)нт Финляндии 11 2024645,Р 11/04, 1930,Патент США Р 4551314,кл. 423-54, 1935.(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ДИСПДВУХ ФАЗ В ПРОЦЕССЕ ЭКСРАСТВОРОИ(57) Изобретение относитновке диспергирования двцессе экстракции таким обы каждая ступень экстла в себя несколько стния и чтобы на каждой вания процесс смешивания ося с помощью вертикальной двухконтурнои циркуляции.,ствии с изобретением, дисее оборудование одной ступкции в процессе экстракции ньшеи мере один из смесителей был оборудован дисперсионцым насосом, а трубопроводы тяжелой фазы и трубопроводы легкой Фазы соединены с верхней частью циркуляццонного цилиндра. Смесители соединены последовательно. Первый из двух смесителей меньше по габаритам второго. Насос для дисперсии каждого смесителя установлен соосно с турбинным насосом 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 тод поверхностью жидкости, а верхний, цо 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 .то меньшей мере одной горизонтальной прорезью, которая расположена на внутренней стороне круговой трубы подауглом 20-40 от самой высокой точки трубы, на.внешней кромке круговой трубы установлен наклонный вниз эле - мент, устройство снабжено установленной над круговой трубой наклонно кольцеобразной шайбой. Сборный желоб в верхней части выполнен с наклонной поверхностью, направленной внутрь. Нижняя часть наклонной поверхности продолжается в виде изогнутой внутрьной поверхности, З,з.п.ф-лы, 1540648Изобретение относится к установкедля диспергирования двух фаз в процессе экстрагирования раствором,Цель изобретения - получение, высо 5кокачественной дисперсии и созданиедвухконтурной дистилляции,На фиг. 1 представлена схема технологического процесса экстрагирования; на фиг. 2 - смесители, соединенные последовательно и участвующие водной ступени экстрагирования, поперечный разрез; на фиг, 3 - верхняячасть смесителя, в которой расположендисперсионный насос, попеоечйый раз-.рез; на фиг. 4 - один из рекомендуемых методов соединения .для чувствительных к эмульсии систем,На фиг. 1 показаны первые стадииобработки потока легкой фракции раствора (по направлению потока этойфракции); этими стадиями обработкиявляются: этапы экстракции Л, этапРпромывки В и этапы повторной экстракции С. 25Установка включает резервуар 1 дляхранения, из которого выходит легкаяфаза, предварительный смеситель 2,куда добавляют химические добавки 3,которые непосредственно поступают вэкстракционный раствор легкой фазы.Основная часть предварительно смешанного экстракционного раствора 4 поступает в первый смеситель 5 первойступени или этапа экстрагирования,В этот же смеситель подается также35раствор 6 тяжелой фазы, так что наэтом этапе экстрагирования оба раствора будут течь в совпадающем илипараллельном направлении, После выхода из первого смесителя 5 дисперсияпоступает во второй смеситель 7, аотсюда - в третий 3. Из последнегопоток дисперсии проходит в предотстойник 9 и дальше в отстойник 10.На втором и третьем этапах экстракцииили экстрагирования легкая фаза раствора регулируемым образом выводитсяиз предсмесителя, тогда как тяжелаяфаза раствора проходит из первой сту 50пени экстракции во вторую, а из второй - в третью, На втором и третьем,этапах экстракции используются толь"ко два смесителя. Это же количествосмесителей используется и на этапепромывки В и на этапе повторного55экстрагирования С. На этапах повторной экстракции и промывки растворкислоты и поток легкой фазы текут в совпадающем или параллельном направлении. В случае установки на каждомэтапе экстракции нескольких смесителей, что и предусмотрено изобретением, процесс экстракции промышленногомасштаба можно осуществить с меньшимчислом этапов или ступеней экстракции,На фиг. 2 более детально показанысмесители фиг, 1 и их соединения.Поток раствора 4 легкой фазы и питающий раствор 6 тяжелой фазы подаютсяв циркуляционный цилиндр 11, которыйрасположен в нижней части смесителя,а точнее в конически суженную верхнюючасть этого цилиндра. Дисперсия вданном случае осуществляется с помощью турбинного насоса 12, которыйрасполагается в центральной или верхней части смеСителя, В верхней частипервого смесителя установлена горизонтальная отбойная или отражательнаяперегородка 13, В самом смесителе,примерно на том же уровне, на котором располагается горизонтальнаяотражательная перегородка 13, размещается вертикальная трубка 14, черезкоторую, а также через трубопровод15 дисперсия подается в следующийсмеситель 7, афточнее дисперсия подается в верхнюю часть циркуляционного цилиндра 11 эого смесителя.Нижняя кромка вертикальной трубки 14располагается примерно на полпутимежду турбиной и горизонтальной отражательной перегородкой.Конструкция второго смесителя 7отличается от конструкции первогосмесителя тем, что во втором смесителе 7 над турбинным насосом 12 и коаксиально с ним установлен дисперсионный насос 16Выходящая из турбонасоса струя дисперсии направленавверх и в пространство, ограниченноедисперсионным насосом и внешнимистенками самого смесителя. Именнопоэтому поток дисперсии протекаетпо направлению вниз между струямитурбонасоса и от нижней части смесителя через циркуляционный цилиндр 11по направлению вверх до нижней частитурбонасоса. За счет использованияобразуемой в данном случае эффективной циркуляции в виде двойной петлиможно поддерживать и сохранять весьобъем смесителя, включая и верхнююего часть, в условиях контролируемойдисперсии. Кроме того, в данном слу 5 1540648чае имеется возможность вводить химические добавки непосредственно в струю дисперсии, которая направлена строго вверх,Чтобы повысить эффективность работы смесителя в случае обработки им высокого или большого объема потока раствора при одновременном достиженииравномерной интенсивности пеоемешивания среды, в этом смесителе в дополнение к турбонасосу 12 устанавливается диспепсионный насос 16, который располагается в верхней частисмесителя и на одной оси 16 с турбинным насосом 12. Основной и главнойфункцией дисперсионного насоса является подъем потока дисперсии до уровня, который намного вьпие находящейсяв смесителе поверхности жидкостиЭто необходимо потому, что как впредотстойнике 9, так и в отстойнике10 поверхность жидкости также намноговьппе поверхности жидкости в смесителе 7. Дисперсионный насос 16 вращается с той же скоростью, что и турбонасос. Над турбонасосом 12 расположенвсасывающий цилиндр 18. Всасывающееотверстие 19 всасывающего цилиндра 18дисперсионного насоса 16 располагается довольно близко от турбонасоса,несколько вьппе средней точки, но нижеповерхности жидкости, Обслуживающиедисперсионный насос вертикальныетрубки 20 располагаются в пределахвсасывающего цилиндра, который вверхней своей части герметически закрыт, Эти вертикальные трубки располагаются таким образом, чтобы они образовывали расширяющийс,". кверху конус,а нижние части этих трубок окружены,в частности ниже поверхности жидкости, конусообразными пластинками, изкоторых показана только одна внешняяконусообразная пластинка 21, В своихверхних частях конусообразные пластинки удлиняются по меньшей мере доуровня, который совпадает с поверхностью жидкости 22 в самом смесителе,Конусообразные пластинки вращаютсяс той же скоростью, что и вертикальные трубки,Восходящий угол вертикальных трубок выбирается в соответствии с размером установки и скоростью вращения. Рекомендуется выбирать этот угол в диапазоне от 30 до 60 ф, Количество вертикальных трубок не является кри 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тическим Фактором, в данном случаеможно испольэовать от 2 до 24 трубок.Диаметр вертикальной трубки выбирается с таким расчетом, чтобы скоростьпотока среды по этим трубкам оставалась относительно низкой в пределахот 0,1 до 0,5 м/с.Образуемая потоком среды турбулентность в пределах рассматриваемойзоны обычно будет очень небольшой,так что перекачка не будет уменьшатьразмер средней капли.Через вертикальные трубки 20 дисперсия непосредственно направляетсяв круговую трубу 23, которая соединяется с вертикальными трубками, Этакруговая труба служит в качестве разделяющей фазы раствора центрифуги;в пределах кольцевой или круговойтрубы поток несколько затухает из-зачастичного столкновения выходящих извертикальных трубок подпотоков. Дисперсия выходит или разгружается изкруговой трубы 23 через горизонтальную прорезь, которая располагаетсявнутри кольцевой трубы под углом в20 - 40 относительно самой высокойточки этой трубы, Совсем не обязательно, чтобы эта горизонтальная прорезь была равномерной по всей длине,вместо одной равномерной прорези можно использовать несколько небольшихпрорезей, расположенных в той частитрубы, которая всегда остается междувертикальными трубками,На фиг. 3 видно, что над круговойтрубой 23 установлена в наклонной позиции кольцеобраэная (пластина) шайба 24, которая окружает эту круговуютрубу и заставляет дисперсию, выходящую из круговой трубы, проходить между упомянутой кольцеобразной шайбой24 и круговой трубой, На внешнейкромке круговой трубы 23 установленузкий элемент 25 (егез 1 ю 1 й), которыйнаклонен по направлению вниз и внешняя поверхность которого параллельнакольцеобразной ыайбе. Основной Функцией этого узкого элемента 25 является отвод потока дисперсии как можнодальше от круговой трубы. Кольцеобразная шайба 24 и узкий элемент 25располагаются относительно друг другатаким образом, чтобы направить выходящий из круговой трубы поток дисперсии вниз под углом примерно в 45.Установка р абот ает следующим образом, 1540643 вВыходящий из круговой трубы 23 поток дисперсии направляется в верхнююкамеру смесителя, где дисперсия попадает в сборный лоток, который проходит по периметру верхней камеры сме 5сителя. Цижняя поверхность сборноголотка 26 расположена выше поверхности, находящейся в смесителе жидкости 22. Внешняя поверхность 27 сборно.10го лотка 26 одновременно служит в качестве поверхности цилиндра смесителя. Внутренняя поверхность 28 сборного лотка может быть выполнена такимобразом, чтобы она в своей нижнейчасти была параллельна внешней поверхности, а в верхней части - параллельна вертикальным трубкам 20 дисперсионного насоса. 1(роме того, здесьобразуется поверхность 29, которая 20имеет уклон от внешней поверхностисборного лотка по направлению к внутренней поверхности этого же лотка,Р1чтобы принять дисперсию,. причем нижняя часть поверхности 29 продолжается в виде изогнутой по направлениювнутрь тормозной поверхности 30. Какуже отмечалось выше, гибкая и "нежная" обработка дисперсии являетсяочень важным фактором в деле успешно в 30го устранения опасности эмульгирования. Именно поэтому конструкция установки включает в себя наклоненнуюпод определенным углом поверхность29, которая смягчает удар выходящейиз круговой трубы дисперсии. Тормозная поверхность 30 используется длязамедления потока дисперсии, поскольку в момент прохождения дисперсии поэтой тормозной поверхности она вынуждена преодолевать все еще действующую здесь центробежную силу. Еслиреакция экстрагирования протекаетмедленно, тогда можно отказаться отиспользования тормозной поверхности, 45и в этом случае сборный лоток функционирует в качестве продолжения смесителя, так как даже при нахождениив сборном лотке дисперсиявсе ещепродолжает находиться в вихревом движении,На фиг. 2 видно, что внутренняя циркуляция раствора на этапе экстрагирования происходит от отстойника 10 во второй смеситель 7, т.е. она55 происходит через трубопровод для легкой фазы 31 и трубопровод для тяжелой фазы 32 и до верхней части цилиндра циркуляции, Все эти операции регулируются с помощью соответствующих клапанов 33 и 34. 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 азы со стадии промывки, однако она подается 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 эоны неполного смешивания могут выступать в качествепрепятствий, которые мешают запуску в работу нормальной циркуляции в смесителе. В 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 1 турбонасос) смесителя через ци 1540643линдр циркуляции, благодаря чему появляется возможность запустить в работу циркуляцию двойной петли. Рекомендуется с помощью клапана 34 посто 5янно поддерживать возврат слегка тяжелой фазы.Из сборного лотка 26 дисперсиячерез трубопровод 36 попадает в третий смеситель Последний идентиченпервому смесителю по своей конструкции и типу. Верхняя камера третьегосмесителя снабжена горизонтальнойотражательной перегородкой, на илипо оси которой установлена манжетаили хомут 37, который и исключаетвероятность обратного протекания дисперсии, На противоположной сторонеэтого смесителя (по отношению к вер- .тикальной трубке 14) расположено отверстие (не показано), через котороедисперсия свободно протекает в предварительный отстойник 9. Благодарятакому расположению поток дисперсиивынужден проходить поверх всей горизонтальной отражательной перегородки13 и уже на этой стадии происходитчастичная классификация фаз, Горизонтальная отражательная перегородкатретьего смесителя располагается натом же уровне, что и поверхность дисперсии в сборном лотке второго смесителя или чуть ниже, Именно поэтому вданном случае нет необходимости перекачивать дисперсию в третий смеситель,а скорость вращения турбонасоса третьего смесителя можно уменьшить ещебольше,За счет установки трех смесителейв соответствии.с данным изобретением 40можно поддерживать скорость вращенияпервого турбонасоса на уровне вышескорости вращения второго турбонасоса, что особенно важно и имеет положительный эффект в тех случаях, когда 45интенсивный процесс экстрагированиявызывает образование антидисперсионного эффекта, что непосредственносвязано или обусловлено смешивающимися движениями на поверхности раздела.50Следовательно, рекомендуется повышатьскорость вращения, если процесс экстрагирования предусматривает обязательное введение какой-то химическойдобавки, которая должна смешиватьсяв ходе осуществления этого процессакак можно быстрее, Все химические добавки и циркуляции, которые необходимы для повышения эффективности процесса диспергирования, вводятся и осуществляются в первом и втором сме - сителях и именно поэтому скорость вращения турбонасоса третьего смесителя можно уменьшить еще больше посравнению со скоростью вращения турбонасоса второго смесителя, причем в данном случае фазы все еще находятся в хоронем дисперсионном состоянии,В тех случаях, когда во всех смесителях стадии экстрагирования абсолютно необходим строгийконтроль и регулирование типа дисперсии, наиболее перспективной практикой является установка в первом смесителе дисперсионного насоса и установка во втором и третьем смесителе горизонтальной отражательной перегородки. Обратные потоки от отстойника поступают в первый смеситель, где в состоянии дисперсии попдеоживается правильная фаза - правильная фаза в соответствии с или по отношению к конкретной ситуации. Предпочтительным является располагать горизонтальную отражательную перегородку во втором и третьем смесителях на том же уровне, на котором происходит осаждение поверхности дисперсии в дисперсионный лоток первого смесителя, Переливный или переточный "трешолд" (Сгезйо 1 д) сборного лотка отстойника устанавливается на том же уровне или чуть ниже по сравнению с уровнем установки горизонтальных отражательных перегородок упомянутых смесителей, чтобы не подвергать опасности или сомнению достаточную емкость устройств для приема растворов на стадиях экстрагирования, соединенных по принципу противотока,На втором и третьем этапе экстрагирования стадии экстрагирования (фиг. 1), а также на этапе промывки и на. этапе повторного экстрагирования используется по два смесителя на каждый этап. В этих случаях первые смесители снабжаются дисперсионным насосом, а вторые смесители снабжаются горизонтальными отражательными перегородкамиВнутренние циркуляции на любом этапе подаются в первый смеситель и в верхнюю часть цилиндра циркуляции. Однако легкая фаза, выходящая из смежного этапа, подается на поверхность жидкости первого смесителя, где раствор переходит в свободный поток, так как в данном слу1540648 чае диспеосионный насос обеспечивает понижение упомянутой поверхности жидкости. В данном случае скорость вращения турбонасоса во втором смесителе можно понизить до уровня, которогО невозможно добиться в случае использования только одного смесителя.Кроме того, в данном случае дисперсия пеоедается из сборного лотка пео вых смесителей в ограниченную часть цилиндра циркуляции следующего смесителя, где благодаря эффекту всасывания гарантируется прохождение потока дисперсии между смесителями даже при низких скоростях врацения турбонасоса,Показанная на фиг, 4 конструкция устройства особенно эффективна при обработке экстенсивных и исключительно чувствительных к эмульсии систем раствора. На фиг. 4 видно, что блок смесителя включает предсмеситель 38 и предсмеситель 39, снабженные горизонтальной отражательной перегород кой. Необходимые химические добавки вводятся в предсмеситель, а обратные потоки, которые необходимы для сохранения и поддержания желаемого типа дисперсии, поступаютиз отстойника той же стадии или ступени. Потоки раствора, выходящие из смежных стадий экстрагирования, направляются по описанной схеме; тяжелая фаза направляется в верхнюю часть цилиндра циркуляции, а легкая фаза направляется35 на поверхность жидкости, Поскольку используемый в данном случае предсмеситель намного меньше по своим габаритам главного смесителя, то появ ляется возможность использовать более низкие скорости вращения турбонасоса и значительно уменьшить опасность возйикновения эмульгирования, которое обычно связано с дисперсией раство ров. После предварительного диспергирования дисперсия в главном смесителе может поддерживаться в нужном состоянии при относительно низкой скорости вращения турбонасоса.50 Формула изобретения 12турбинный насос, установленный надциркуляционным цилиндром, предварительный отстойник и отстойник, причем смесытель связан с отстойникомтой же ступени экстрагирования воз.вратным трубопроводом тяжелой фазыи возвратным трубопроводом легкой фазы, о т л и ч а ю, щ а я с я тем,что, с целью получения высококачественной дисперсии, по меньшей мереодин из смесителей снабжен насосомдля дисперсии, а трубопроводы тяжелой фазы и трубопровод легкой фазысоединены с верхней частью циркуляционного цилиндра,2. Установка по и. 1, о т л и -ч а ю щ а я с я тем, что смесителисоединены последовательно,3. Установка по п. 1, о т л и -ч а ю щ а я с я тем, что первый издвух смесителей меньше по габаритамвторого.4. Установка по п, 1, о т л и -ч а ю щ а я с я тем, что, с цельюполучения высококачественной дисперсии и создания двухконтурной циркуляции, насос для дисперсии каждого смесителя установлен соосно с турбиннымнасосом в средней или верхней егочасти, а всасывающий вход расположеннад средней частью турбинного насоса,установка снабжена всасывающим цилиндром, закрытым сверху по меньшеймере двумя восходящими трубами, конусными пластинами, нижний конец которых установлен под поверхностьюжидкости, а верхний - по меньшей мере на уровне поверхности жидкости всмесителе, при этом восходящие трубыснабжены соединительной круговой трубой и собирающим желобом, расположенным над поверхностью жидкостив смесителе.5. Установка по п. 4, о т л и -ч а ю щ а я с я тем, что круговаятруба снабжена по меньшей мере однойгоризонтальной прорезью, которая расположена на внутренней стороне круговой трубы под углом в 20-40 от самой высокой точки трубы, Установка для диспергирования двух фаэ в процессе экстрагирования55 раствором, включающая по меньшей мере два смесителя, каждый иэ которых содержит циркуляционный цилиндр, расположенный в нижней части смесителя, 7. Установка по п. 4, о т л и -ч а ю щ а я с я тем, что она снаб 6,. Установка по п. ч а ю щ а я с я тем,кромке круговой трубы лонный вниз элемент.14540 б 43 бгг/ 1 ЯУО г 1 Д 1 У 17 1111 1 б 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 сборныйжелоб в верхней части выполнен с наклонной поверхностью, направленной внутрь.9, Установка по и. 4, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что нижняя часть наклонной поверхности продолжается в виде изогнутой внутрь тормозной поверхности,1540648 ФиИСоставитель А,СондоТехред М,Дидык Корректор, О.Кравцова Редактор М,Недолуженко роизводственно-издательский комбинат "Патент агарина, 101 город Заказ 233 Тираж 543 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5