Экстракторы без подвода дополнительной энергии

Наиболее просты по устройству полые колонные распылительные экстракторы. На рис. 16.12. изображен полый экстрактор с диспергированием легкой фазы, осуществляемым с помощью распылителя 2 в нижней части колонны (возможно диспергирование тяжелой фазы в верхней части колонны). Тяжелая фаза, являющаяся в данном случае сплошной, подается сверху. Диспергирование происходит за счет энергии потока, а противоточное движение фаз и их расслаивание под действием силы тяжести. В верхней и нижней частях колонны имеющих, как правило, большее сечение, расположены отстойные зоны. Гидрозатвор 4, через который отводится тяжелая фаза, предназначен для полного заполнения жидкостью колонны, а также совместно с вентилем 5 регулирования уровня раздела фаз по высоте колонны. Из верхней части колонны отводится легкая фаза. Для устранения перемешивания легкой и тяжелой фаз последнюю вводят через трубы 3. Каждому расходу одной из фаз соответствует предельно допустимый расход второй, при котором наблюдается явление захлебывания. Оно заключается в уносе дисперсной фазы сплошной за счет увеличения относительной скорости их движения и образовании еще одной границы раздела фаз вблизи распылителя. Поскольку распылитель уменьшает свободное сечение колонны, увеличивая скорости движения фаз, способствуя тем самым возрастанию уноса дисперсной фазы и возникновению захлебывания, его стараются разместить в части колонны с большим поперечным сечением.

Недостатком полых распылительных экстракторов является низкая интенсивность массопередачи, обусловленная невысокими значениями коэффициентов массопередачи и удельной поверхности контакта фаз, а также значительным обратным перемешиванием, что снижает среднюю движущую силу процесса. Поток дисперсной фазы движется, в основном, в центральной части колонны, а сплошной - ближе к стенкам, что создает циркуляционные токи и приближает структуру потока сплошной фазы к идеальному смешению, особенно, в аппаратах большого диаметра. В результате, эффективность полых распылительных экстракторов невелика и составляет одну – две теоретических ступеней изменения концентрации.

Достоинствами данных аппаратов являются простота конструкции, высокая производительность, и возможность использования для сред, содержащих твердые примеси.

С целью уменьшения обратного перемешивания и увеличения коэффициента массопередачи применяются полочные колонные экстракторы (рис. 16.13.). Капли дисперсной фазы коалесцируют (сливаются), обтекая перегородки, и вновь диспергируются, отрываясь от них, что увеличивает величину коэффициента массопередачи. Кроме того, наличие полок уменьшает явление обратного перемешивания по сравнению с полыми колоннами, предотвращает возникновение циркуляционных токов.

Рис.16.12. Полый колонный распылительный экстрактор:

1 – колонна; 2 – распылитель; 3 – трубы для ввода тяжелой фазы;

4 - гидрозатвор; 5 – вентили.

С этими же целями применяются колонные насадочные экстракторы, конструкция которых мало чем отличается от насадочных колонн, применяемых для процессов абсорбции и ректификации (рис.14.10.) или смотри далее рис. 16.16. Насадку обычно располагают слоями высотой от 2 до 10 диаметров колонны. Проходя через слой насадки, капли многократно коалесцируют и вновь дробятся, а в пространстве между слоями перемешиваются, что способствует снижению поперечной неравномерности потоков. При выборе материала насадки необходимо учитывать его предпочтительную смачиваемость сплошной фазой, в противном случае капли дисперсной фазы сливаются в пленку, уменьшая поверхность контакта фаз. Недостатками насадочных колонных экстракторов по сравнению с полыми являются их большая стоимость и меньшая производительность, так как захлебывание достигается при меньших расходах фаз за счет уменьшения свободного сечения колонны.

Для увеличения коэффициентов массопередачи и уменьшения обратного перемешивания применяются также экстракторы с ситчатыми тарелками. Одна из фаз, например, легкая (рис.16.14.) многократно диспергируется протекая через отверстия тарелок, взаимодействует с тяжелой и коалесцирует скапливаясь под следующей тарелкой. Тяжелая фаза перетекает с верхней тарелки на нижнюю через сливные устройства, а затем двигается в горизонтальном направлении вдоль тарелки к очередному перетоку. При этом сливные и переливные перегородки, в отличие от тарельчатых аппаратах для проведения процессов абсорбции и ректификации (рис.16.14), не устанавливаются, а сливные планки погружены в слой тяжелой фазы.

Все дифференциально-контактные экстракторы без подвода дополнительной энергии отличаются с одной стороны - простотой конструкции, надежностью (отсутствие движущихся частей), низкими энергозатратами, а с другой – малой эффективностью массопередачи и сепарации фаз, что приводит к их большой металлоемкости.

А) б)

Рис. 16.13. Полочные колонные экстракторы: а) с сегментными перегородками, б) с чередующимися перегородками типа диск-кольцо.

Рис. 16.14. Экстрактор с ситчатыми тарелками:	Рис. 16.15. Роторно-дисковый экстрактор:
1 – тарелки; 2 – сливные устройства для перетока тяжелой фазы.	1 – вал ротора с дисками; 2 – кольцевые перегородки.