Центробежный экстрактор

Союз СоветсиикСоцнанмстнчесиикРеспублик ЬВтО 1 СКОМУ СВИДЕтЕЛЬСтВЮ) Дополнительное к авт. свид-ву2) Заявлено 08. 07. 80 (2 ) 2953484/23 1)М. Кл. рисоединеннем эаявк 04 удар стюныЯ СССР делам нзобретенн и отнрытнЯДата .опубликования описания 15. 03 2) Авторизобретен и Н. Филимонов зьЫ503уф кц 1 11 нский химико-технологический институт им, С.и. Кирова Заявител 4) ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭКСТРАК Ф Изобретение относится к устройст вам для осуществления процесса экст ,ракции в системе жидкость-жидкость и может быть применено в различных отраслях йромышленности.Известен центробежный экстрактор, содержащий кожух, ротор с насадкой, выполненной в виде концентрически расположенных перфорированных цилиндров и устройство ввода и вывода Фаз 3.К недостаткам данного аппарата относится низкая производительность, высокое гидравлическое сопротйвление движению фаз, склонность к засорению перфораций механическими примесями и отложению последних на внутренней (вогнутой) поверхности цилиндров. Следовательно, возникает необходи" мость частой остановки ротора, разборки и чистки контактных цилиндров. Засорение перфораций контактных цилиндров ведет к снижению интенсивности процесса массообмена, к деста билизации гидродинамического режимаработы отдельных участков контактных цилиндров.Целью изобретения является увеличение производительности за счет ф повьвения степени массообмена.Поставленная цель достигаетсятем, что в центробежном экстракторе,включающем корпус с расположенным внем ротором с насадкой в виде концен тетрически расположенных элементов иустройства ввода и вывода Фаэ, элементы выполнеиы в виде сегментнопризматических тел, расположенных 1на расстоянии друг от друга.Размещение сегментно-призматических тел на расстоянии друг от друга, радиально относительно оси ротора позволяет оптимальным образомиспользовать центробежную силу, действующую на капли дисперсной фазыпри их движении от центра к периферии ротора, и пленку, образующуюсяпри коалесценции капель на поверх2196 4 Центробежный зкстрактор включает корпус 1, ротор 2, верхний диск 3 с камерами 4 и 5 для сбора проконтактировавших жидкостей: тяжелой и легкой соответственно. 8 камеры ввецены не связанные с ними неподвижные трубки 6 и 7 для отвода жидкостей., Сверху по оси ротора коаксиально расположены неподвижяые патрубки 8 и 9 для ввода жидкостей. Патрубок 8 вплотную (через уплотнительную шайбу) подходит к нижнему диску 10 ротора, образующего радиальные каналы 11. с нижней частью корпуса ротора 12 для подвода легкой Фазы в контактную зону аппарата через распределитель 13. Подвод тяжелой Фазы производится из диспергирующего устройства 14.Рабочее пространство ротора заполнено насадкой 15, выполненной в виде концентрически расположенных элементов. Элементы выполнены из набора сегмент- но-призматических тел. Сегментнопризматическое тело включает в себя призму 16 и примыкающий к ней сегмент 3 91 ности сегментно-призматического тела и движущуюся под действием центробежной силы к периферии ротора, что способствует увеличению производительности аппарата, а также испольэовать эффект многократного диспергирования и редиспергирования капель, включая пленочное течение, что способствует многократному обновлению поверхности массообмена и, следовательно, интенсификации массообменных процессов, Соотг ветствующим образом подобранная кривизна поверхности сегмента и,величина тупого угла призмы, обращенного к центру ротора, исключают воз-. можность оседания механических приме. сей на поверхности сегментно-призматических тел. Это позволяет испольэовать в процессе экстракции жидкости, содержащие механические примеси.На фиг. 1 изображен экстрактор, продольный разрез на фиг. 2 - сечение, А-А на фиг.1; на фиг. 3 - ориентация сегмента по отношению к оси ротора;на фиг. 4 - геометрические параметры сегмента; на фиг. 5 -сегментно-призматическое тело; на Фиг. 6 - схема действия активных сил и варианты коррекции поверхности сегмента АБ; на фиг. 7 - гидродинамическая:картина движения потоков фаз в насадке. 17. Овальная форма сегмента придаетему обтекаемую форму, Поверхностьпризмы, обращенная к периферии ротора, имеет цилиндрическую форму с образующей, параллельной оси ротора.Зто придает призме обтекаемую форму,чем снижается гидравлическое сопротивление движению сплошной фазы.С учетом изменения направленияО силы Кориолиса, действующей на каплидисперсной фазы при их движении внасадочной части аппарата, сегментымогут быть соответствующим образомориентированы (повернуты) вокруг ихИ геометрической оси, параллельной осиротора, с тем, чтобы оптимальным об-разом использовать силу Кориолиса,действующую на капли при их движении от центра к периферии, ротора.Отделение тяжелой фазы от уносимой ее легкой Фазы производится всепарационной зоне 18, выполненнойв виде каналов 19, расположенныхпод некоторым углом к радиусу апд парата. Аппарат включает также зону сепарации 20,Аппарат работает следующим обра"зом.Тяжелая (дисперсная фаза) по межу трубному пространству патрубков 8и 9 поступает в диспергирующее устройство 14, откуда под давлениемцентробежной силы выбрасывается ввиде капель в насадку 15 аппаратаи движется от центра к периферии ротора. Достигнув главнбй поверхносТиуровня раздела фаз, находящегосявблизи уровня подвода легкой фазыв контактную зону аппарата, каплидисперсной Фазы коалесцируют и. далее в виде сплошного, потока поступаютв сепарационную зону 18. Достигнувпериферии ротора, тяжелая Фаза поступает в камеру 4 и по .трубке 6выводится из аппарата,.Легкая Фаза по неподвижному патрубку 8 и радиальным каналам 11 черезраспределитель 13 поступает в контактную зону аппарата вблизи главнофф го уровня раздела фаз и движется понасадке 15 аппарата противотоком кдисперсной фазе от периферии к центру, Далее, пройдя зону сепарации 20для легкой фазы, поступает в камеру5, откуда по трубке 7 выводится изаппарата.При работе с жидкостями, имеющими механические примеси (а в про) (14) К = 3 7510 дисперсной ифаз соответствен 7вого ряда концентрически расположенных элементов, тяжелая Фаза в виде пленки течет по поверхности сегмента от его центральной части к периферии. Достигнув кромки сегмента, пленка срывается с последнего, дробится на капли. Образовавшиеся капли при их движении к периферии ротора ударяются о наклонную поверхность призм, и в виде пленки тяжелая фаза 10 стекает по конической поверхности призмы. При этом часть капель, ударившись о наклонную поверхность призмы, отскакивает от,поверхности призмы с образованием вторичных капель, 15 как правило, более мелких, чем те, что в данный момент летят к поверхности призмы.Стекающая по конической поверхности пленка тяжелой фазы, дойдя до 2 о кромки призмы, дробится на капли и в виде капель движется к поверхности сегмента следующего ряда сегментнопризматических тел. Далее весь процесс повторяется. 25Рассмотрим массообменный аспект. Применительно к предлагаемой модели аппарата целесообразно выделить следующие моменты: экстракцмя в период образования капель, экстракция в пе- зф риод движения капель, экстракция в период коалесценции капель, экстракция в,пленочном течении.Итак экстракция в период образования капель. Согласно литературных данных коэффициенты массопередачи могут быть рассчитаны из следующих выраженийв сплошной Фазе 6 8нол-вода) из одной фазы в другую переходит до 20 б от предельно возможного количества распределяемого компонента, соответствующего равновесному. Данные эксперимента удовлетворительно согласуются с результатами, вычисленными по Формуле (11), (12) и 13).Экстракция в период движения капель, Согласно литературных данных могут быть рассчитаны из следующих выражений где Ч - относительная скорость движения капли, см/с.но,Как показывают экспериментальные данные, полученные на системе керосинФенол-вода, при движении капель из одной фазы.в другую переходит 403 от предельно возможного количества распределяемого компонента, соответствующего равновесному, Полученные экспериментальные результаты удовлетворительно согласуются с расчетными данными.Экстракция в период коалесценции . капель. По литературным данным коэфФициенты массоотдачи в период коалесценции капель могут быть расчитаны из выражения, полученного Хигби/рК : 4,6 "у - (11) сВкв диспеФсной Фазе24 /0 где В - коэффициент молекулярнойдиффузии;1 - время образования капли,2 йК Щ%(13)Эгде б - диаметр капли;Ц - фиктивная скорость дисперсной фазыП - эквивалентный диаметр аппарата.Согласно экспериментальных данных ( полученных на системе керосин-феК =щМ - , (16) с -фИзучение массопередачи на системекеросин-фенол-вода при коалесценциикапель показывает, что количествовещества, переходящего из фазы вФазу, в этот период составляет 6-233от предельного отвечающего состояниюравновесия, что хорошо согласуетсяс литературными данными.Экстракция в пленочном режиме,Коэффициент массопередачи в тяжелойфазе, стекающей в виде пленки поповерхности сегментно-призматического тела, может быть вычислен из выражениядфаД 1 Ко Ъ об- = 1,3 10 РЕ , (17)9 9121 где /4 у у - вязкость и удельный вестяжелой фазы, стекающейпо поверхности в видепленки;В, Яс - критерии Рейнольдсаи Шмидта.Согласно экспериментальных данных, полученных на системе керосинфейол-вода на долю массопереноса в пленочном режиме приходится 17-3 й Е от предельно возможного количества распределяемого компонента, соответ" ствующего равновесному состоянию.Полученные результаты, удовлетворитель" но согласуются с расчетными данными. ИАнализ полученных результатов экс. периментальных исследований показывает исключительную целесообразность создания аппаратов, в основе работы которых используется эффект много р кратного обновления поверхности массообмена и наиболее благоприят"ного, использования поля центробеж/ных сил при формировании гидродинамического режима в аппарате. 23Проверка работоспособности предлагаемой конструкции на образце экстрак. , тора диаметром 350 мм, насадочная часть которого выполнена в виде концентрически расположенных элементов, причем элементы выполнены иэ набора сегментно-призматических тел, расположенных с зазором, показывает, что производительность возростает в 4-5 раз, а Эффективность массообмена увеличивается. на 46-93 по отноше" нию к известной конструкции. Иссле" дования проводятся на системе керо 96 10син.-фенол-вода при объемном соотно" шении дисперсной Фазы к сплошной /Яв3/1 и числе оборотов ротора М = 1400 об/мин.Проведение исследования на систе ме керосин-вода с содержанием механических примесей в воде (песок, ил, частички глины и другие примеси) вколичестве 5-10 показывают, что прак тически отсутствуют отложения меха" нических примесей на поверхности сегментно-призматических тел.Применение предлагаемой конструкции экстрактора позволяет повысить производительность, интенсифициро" вать процесс массообмена, а также испольэовать в процессе экстракции жидкости, содержащие механические примеси.Формула изобретенияЦентробежный экстрактор, включающий корпус с расположенным в нем ротором с,насадкой в виде концентричес.ки расположенных элементов и .устройства ввода и вывода фаз, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюувеличения производительности засчет повышения степени массообмена,элементы выполнены в виде сегментнопризматических тел, расположенных нарасстоянии друг от другаИсточники информации,Опринятые во вниюние при экспертизе1. Патент СВА И 2281796,кл. 261-83 1942 прототип).Заказ 122 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4т Тираж 733 НИИПИ Государственного ком по делам изобретений и 035, Москва, Ж, Раушска