2.4 Экстракторы центробежного действия
Для создания противоточного движения фаз в экстракторах используют центробежное ускорение, в сотни раз превышающих силу тяжести.
Наложение поля центробежных сил, приводит к интенсификации перемешивания фаз и значительному повышению эффективности разделения эмульсий, ускорению процесса, обеспечивает высокую производительность центробежных экстракторов при их сравнительно малых размерах.
Поэтому применение центробежных экстракторов перспективно в технологии радиоактивных и редких металлов: при переработке облученного ядерного топлива, экстракционного разделения циркония и гафния, разделения РЗЭ и технологиях других редких металлов.
Центробежные экстракторы применимы для обработки экстракционных систем с вязкими и близкими по плотностям жидкостей.
Центробежные экстракторы по принципу работы можно разделить на две группы:
1) камерные (дискретно – ступенчатые), состоящие из отдельных ступеней (камер), в каждой из которых осуществляются последовательное смешение и разделение фаз;
2) дифференциально-контактные, в которых фазы во время их контакта движутся в роторе экстрактора непрерывно и противоточно.
2.4.1 Камерные (дискретно – ступенчатые) экстракторы (I группы)
В экстракторах I группы: как минимум два устройства – для механического перемешивания жидкостей и для разделения эмульсий на две фазы. Массообмен между фазами происходит за время нахождения их в смесительном устройстве и в каналах, подводящих эмульсию к сепарационному устройству. В аппаратах этого типа может быть несколько смесительных устройств и столько же сепарационных.
Конструкции центробежных экстракторов с прямоточным смешением жидкостей разработаны на основе тарельчатого сепаратора, поэтому они называются экстракторы – сепараторы или тарельчатые экстракторы.
В России выпускают одноступенчатые центробежные экстракторы тарельчатого типа марки ЭЦ, обеспечивающие однократное прямоточное смешение и разделение эмульсии. Так, для разделения циркония и гафния на ГНПП «Цирконий» применяют центробежные экстракторы тарельчатого типа ЭЦ – 250.
К экстракторам I группы относятся также: одноступенчатые экстракторы фирмы «Вестфалия» ФРГ, двухступенчатые российские и стран СНГ, «Лувеста» ФРГ, трехступенчатые «Лувеста», четырехступенчатые фирмы «Робатель» и др. тарельчатые экстракторы.
На рис. 2 показана принципиальная схема трехступенчатого центробежного экстрактора «Лувеста».
|
Рис.2. Центробежный экстрактор «Лувеста» (схема движения фаз): I, II, III – ступени; 1 – ротор; 2 – узел ввода и вывода жидкостей; 3,4,5,6 – сепарационные тарелки; 7 и 8 – траектории движения органической и водной фаз соответственно. |
Конструкция трехступенчатого экстрактора «Лувеста»:
Экстрактор имеет ротор (1), работающий от привода. Пространство ротора разделено на три камеры (ступени), изолированные друг от друга разделительными тарелками (3,4,5,6) с уплотнительными кольцами. Каждая камера имеет свое смесительное устройство и пакет тарелок, в пространстве между которыми осуществляется тонкослойное разделение фаз. В центральной части ротора расположен узел ввода и вывода жидкостей (2). Узел снабжен отверстиями, каналами и напорными дисками, обеспечивающими движение жидкости к каждой камере, а также вывод жидкостей из экстрактора.
Принцип работы трехступенчатого экстрактора «Лувеста»:
В пределах каждой ступени происходит прямоточное движение (смешение) фаз, в то время как сам аппарат работает по принципу противоточного движения фаз. Перемещение жидкостей в роторе показано на рис.8, где траектории движения легкой (органической) фазы (7) и тяжелой (водной) фазы (8). Исходные фазы поступают в ротор самотеком. Водная фаза подается с узла 2 на ступень I. Сюда же, в пространство под узлом 2, со ступени II через диск и канал узла подается органическая фаза. Смесь жидкостей движется вниз вдоль оси ротора и поступает в пространство между тарелками, где происходит разделение фаз. Органическая фаза под действием центробежных сил выводится из ступени I через соответствующий диск узла 2, а водная фаза отбрасывается к периферии ступени и направляется через канал под разделительной тарелкой I ступени к диску (во II ступени) к которому со ступени III подается органическая фаза. Вновь образовавшаяся смесь фаз направляется по каналу через отверстия узла 2 в пространство между тарелками II ступени. Аналогично протекают процессы смешения и разделения фаз в ступени III, причем к напорному диску по каналу поступает исходная органическая фаза (свежий экстрагент). Водная фаза выводится из аппарата верхним диском, а органическая нижним диском – узла 2.
В каждой ступени благодаря хорошему перемешиванию за очень короткое время контактирования 1 – 15 секунд почти достигается фазовое равновесие. Соответственно эффективность одной реальной ступени близка к 100 % или равна теоретической ступени разделения. Производительность экстракторов « Лувеста» достигает 7 – 10 м3/ ч.