Конструкции экстракторов

Эффективность экстрактора при прочих равных условиях зависит от совершенства контактирования исходной жидкой смеси и экстрагента, а также от четкости разделения полученной гетерогенной смеси. Большая поверхность контакта достигается диспергированием одной из жидких фаз (исходной смеси или растворителя), а четкость разделения – обособленными гравитационными отстойниками, созданием поля центробежных сил. К экстракторам предъявляют также ряд других требований: высокая удельная производительность, простота и надежность конструкции, малая металлоёмкость, низкий расход энергии.

Простейшим одноступенчатым экстрактором периодического действия может служить вертикальный цилиндрический аппарат с мешалкой (лучшей диспергирующей способностью обладают турбинные мешалки). После перемешивания загруженных количеств исходной смеси и экстрагента мешалку останавливают, предоставляя смеси жидкости расслаиваться. Полученные растворы выгружаются и процесс повторяется.

Одноступенчатые экстракторы могут работать также непрерывно, если сочетать смесительную камеру с отстойной камерой непрерывного действия.

Рисунок 6.72 – Экстракторы типа смеситель-отстойник

Наиболее простыми по своему устройству являются насадочные экстракционные колонны, конструктивно ничем не отличающиеся от насадочных колонн для абсорбции и ректификации. Здесь жидкость с меньшей плотностью (легкая) поступает снизу, диспергируется при прохождении через опорно-распределительную решетку и в виде капель движется вверх навстречу стекающему потоку тяжелой жидкости. При прохождении через насадку (чаще всего кольца Рашига) капли многократно сливаются и вновь образуются, контактируя со стекающей сплошной фазой. По выходе из слоя насадки в сепарационное пространство колонны капли сливаются; здесь поддерживается на определенном уровне поверхность раздела жидкостей, ниже которой вводится тяжелая, а выше отводится легкая фаза.

Рисунок 6.73 – Насадочный экстрактор

Насадочные экстракционные колонны (рисунок 6.73) обладают низкой эффективностью (высота, эквивалентная ступени равновесия, достигает 2…5 и более метров), поэтому применяются в случаях, когда для осуществления процесса требуется небольшое число ступеней равновесия.

Распылительные экстракционные колонны (рисунок 6.74,а) представляют собой полый аппарат, куда через распыляющее устройство (сопла, инжекторы) вводится одна из контактирующих жидкостей и перемещается навстречу второй жидкости, движущейся сплошным потокам. Оба конца колонны расширены и образуют отстойные камеры во избежании уноса легкой жидкости более тяжелой и наоборот. Возникающее при этом продольное перемешивание снижает эффективность распылительных экстракторов.

Рисунок 6.74 – Экстракторы распылительного (а) и тарельчатого (б) типов

Ситчатые экстракторы (рисунок 6.74,б) состоят из цилиндрического корпуса с размещенными в нем ситчатыми тарелками, которые разделяют колонну на секции, сообщающиеся через отверстия в тарелках и переточные трубки. Легкая фаза, поднимаясь вверх по колонне, проходит через отверстия в тарелках, дробится на капли, которые контактируют в межтарельчатом пространстве со сплошной фазой, движущейся сверху вниз. Достигнув следующей тарелки, капли сливаются образуя слой, который вновь дробится при прохождении через отверстия тарелки. Таким образом, легкая фаза диспергирует в колонне столько раз, сколько в ней размещено тарелок, контактируя в каждом межтарельчатом пространстве с встречным потоком сплошной фазы. Основной недостаток работы этих аппаратов – недостаточно тонкое диспергирование жидкостей и малая интенсивность их перемешивания.

Этот недостаток устранен в роторно–дисковом экстракторе (рисунок 6.75), который состоит из цилиндрического корпуса, к внутренней поверхности которого прикреплены поперечные плоские шайбы, размещенные с одинаковым шагом. По оси корпуса проходит вал, на который с тем же шагом насажены диски, расположенные симметрично относительно шайб. Легкая жидкость, поступающая снизу в диспергированном виде, при движении вверх подвергается многократному дроблению и перемешиванию с нисходящим потоком сплошной фазы благодаря вращению дисков. Для разделения образующихся фаз над ротором и под ним предусмотрены сепарационные пространства. Благодаря достаточно тонкому диспергированию, интенсивному смешению фаз и торможению продольного перемешивания набором дисков и шайб данный экстрактор эффективнее рассмотренных выше.

Рисунок 6.75 – Роторно-дисковый экстрактор

Есть экстракторы с чередующимися зонами смешения и расслаивания. В первых расположены турбинные мешалки, сидящие на общем вертикальном валу, а вторые содержат либо насадку, либо пакет металлических сеток.

Эффективность насадочных и ситчатых колонн можно повысить путем сообщения встречным потокам жидкостей продольных колебаний (пульсаций).