Классификация экстракционных аппаратов

Экстракционные аппараты классифицируют по разным признакам.

По принципу взаимодействия контактирующих фаз экстракционные аппараты можно разделить на два больших класса: работающие с непрерывным или со ступенчатым контактом фаз. В первом случае состав фаз изменяется непрерывно по пути контактирования фаз — по высоте (колонны) или диаметру (центробежные аппараты) экстрактора. Во втором случае составы фаз изменяются скачкообразно (прерывисто) при переходе из ступени в ступень. При этом на каждой ступени происходит смешение (эмульгирование) и раз­деление (расслаивание) фаз, т.е. в каждой ступени имеется своя граница раздела фаз.

Важнейшим признаком классификации экстракторов является отсутствие или наличие подвода энергии извне.

В экстракторах, работающих без подвода механической энергии извне, диспергирование одной из фаз ограничено, как правило, величиной внутренней потенциальной энергии, обусловленной разностью плотностей фаз. Иногда диспергирование производится также за счет кинетической энергии потока дис­персной фазы с помощью специальных устройств (барботеры, форсунки), т.е. подвод энергии имеется только на входе. Достоинствами подобных экстракторов являются простота, низкие капитальные и эксплуатационные затраты и высокая производительность. Но для таких аппаратов характерна небольшая величина поверхности межфазного контакта и, как следствие, невысокая эффективность массообмена. Они обычно применяются в тех случаях, когда для разделения (экстракции) не требуется особо развитой поверхности контакта.

В экстракторах с подводом механической энергии извне степень диспергирования и, следовательно, поверхность межфазного контакта существенно повышаются за счет сравнительно небольших затрат механической энергии. Эта энергия обычно сообщается смеси жидкостей или посредством вращающихся либо вибрирующих (колеблющихся) мешалок различных конструкций, или наложением пульсаций (пульсационное перемешивание), или же с помощью центробежных сил (центробежные экстракторы). фаз.

Аппараты с подводом механической энергии извне называют интенсифицированными экстракторами.

       4.6.2 Экстракционные колонны без подвода внешней энергии

Простейшим типом экстракторов являются распылительные колонны (рис. 4.6, а).

В полую вертикальную цилиндрическую колонну 2, заполненную сплошной фазой, с помощью диспергирующего устройства 1 распределяется (здесь — снизу) в виде капель дисперсная фаза. С другого конца (здесь — сверху) в колонну вводится сплошная фаза. В качестве диспергаторов обычно используют сопла и перфорированные распределители. Противоточное движение фаз обеспечивается силой тяжести, т.е. различием плотностей фаз. Образовавшиеся в диспергаторе капли проходят по колонне через сплошную фазу и коалесцируют в отстойной зоне 3 на поверхности раздела фаз 4; за пределами этой зоны находится сплош­ной слой дисперсной (здесь — легкой) фазы. В зависимости от того, какая фаза (тяжелая — ТФ или легкая — ЛФ) диспергируется, граница (поверхность) разде­ла фаз располагается в нижней или верхней части колонны. Наряду с отстойной зоной, где находится граница раздела фаз, экстракционная колонна обычно имеет также вторую сепарационную зону 5.

В распылительной колонне поток дисперсной фазы движется преимущественно по центральной части поперечного сечения, что приводит к возникновению градиента плотности эмульсии по сечению и, как следствие, к образованию циркуляционного контура, охватывающего весь рабочий объем экстрактора. При этом структура потока сплошной фазы приближается к полному перемешиванию Поэтому эффективность распылительных экстракторов обычно не превышает 1—2 теоретических ступеней.

Снижение гидродинамических неоднородности достигается также путем заполнения колонны насадкой. Насадочные экстракторы по простоте конструкции стоят вслед за распылительными. В рабочей зоне 2 экстрактора (область колонны между двумя концевыми сепарационными зонами) на опорных решетках 6 располагаются слои насадки 7 (рис. 4.6,6). Эффективность массообмена в насадочных экстракторах выше, чем в распылительных, однако их удельная производительность ниже.

Рис. 4.6. Экстракционные колонны без подвода внешней энергии:

а — распылительная колонна, б — насадочная колонна;

1 — диспергатор, 2 — рабочая зона, 3, 5 — концевые отстойники, 4 — поверхность (граница) раздела фаз, 6 — опорные решетки, 7 — слои насадки, 8 — безнасадочные промежутки, 9 — распределитель сплошной фазы;

/ — тяжелая фаза, II — легкая фаза

Большое распространение получили также тарельчатые экстракционные колонны с ситчатыми, жалюзийными тарелками и тарелками других типов. В колонных экстракторах с ситчатыми тарелками (рис. IX-22) может быть обеспечено диспергирование как легкой, так и тяжелой фазы. В последнем случае переливные патрубки 2 направлены вверх, а подпорные слои тяжелой фазы образуются над тарелками. Ситчатые тарелки 1 имеют отверстия диаметром 3 — 9 мм, расположенные по вершинам равносторон­него треугольника с шагом 12 — 20 мм. Скорость движения дисперсной фазы через отверстия тарелки принимают в пределах 0,15 — 0,3 м/с.

.

Рис.4.7 Схема экстрактора с ситчатыми тарелками:

1 — полотно ситчатой тарелки; 2 — переливной патрубок. Потоки: / — сырье; II — растворитель; III — рафинатный раствор; /V — экстрактный раствор