15.3. Классификация и конструкции экстракторов

По способу проведения процесса экстракторы можно подразделить на ступенчатые, в которых фазы достигают состояния близкого к равновесному (ступенчатая экстракция), и дифференциально-контактные, в которых фазы движутся противотоком друг к другу в неравновесных условиях (непрерывная противоточная экстракция). Для проведения многоступенчатой экстракции ступенчатые экстракторы соединяются в установку, как правило, с противоточным движением рафината и экстракта.

В зависимости от источника энергии, используемой для диспергирования и перемещения фаз, экстракторы подразделяются на аппараты без подвода дополнительной энергии и с подводом дополнительной энергии. В первых – диспергирование и перемещение фаз осуществляется за счет энергии потоков или силы тяжести, во вторых – энергия подводится за счет механических мешалок, искусственно создаваемых пульсаций или центробежных сил.

В зависимости от рода сил, под действием которых происходит сепарация фаз, различают гравитационные и центробежные экстракторы.

По способу организации процесса экстракторы, как и все другие аппараты, подразделяются на периодические и непрерывные.

15.3.1. Ступенчатые экстракторы

Наиболее распространенными ступенчатыми экстракторами являются смесительно-отстойные, в которых диспергирование одной из фаз в другой осуществляется с помощью механической мешалки, а разделение фаз – отстаиванием.

Простейшим смесительно-отстойным экстрактором периодического действия может служить вертикальный цилиндрический аппарат с мешалкой. Процесс экстракции в этом случае будет состоять из следующих стадий: заполнение аппарата исходной смесью и экстрагентом; перемешивание, в ходе которого осуществляются образование эмульсии и процесс массопередачи до состояния близкого к равновесному; разделение образовавшихся фаз рафината и экстракта путем отстаивания; выгрузка из аппарата продуктов экстракции.

Однако на практике гораздо чаще применяются смесительно-отстойные экстракторы непрерывного действия. В них вышеперечисленные стадии протекают одновременно, но в различных частях экстрактора. С этой целью смеситель и сепаратор (отстойник) выполняются в виде отдельных камер (см. рис. 15.2 а). Обе фазы могут подаваться в нижнюю часть смесителя либо легкая фаза снизу, а тяжелая сверху. Штуцер, соединяющий смеситель с отстойником, может располагаться в верхней части смесителя или на уровне мешалки. В последнем случае радиальное движение обеспечиваемое, например, турбинной мешалкой используется для перемещения эмульсии из смесителя в отстойник.

Наиболее часто применяются вертикальные цилиндрические смесители с перегородками, уменьшающими воронкообразование и цилиндрические горизонтальные отстойники (см. рис. 7.3). Однако в целях экономии площадей, материала и насосов при многоступенчатой экстракции используютящичные экстракторы прямоугольного сечения, все ступени которого размещены в одном корпусе и отделены друг от друга вертикальными перегородками (рис. 15.11.) Такой экстрактор позволяет обойтись без насосов. Перемещение сред в нем осуществляется за счет насосного действия турбинной мешалки, засасывающей тяжелую фазу через полый вал 4 и радиально отбрасывающей ее к штуцеру 5.

б)

Рис. 15.11. Ящичный экстрактор: а) отдельная ступень; б) – трехступенчатый противоточный; 1 – смеситель; 2 – отстойник; 3 – турбинная мешалка; 4 – полый вал; 5 – штуцер для выхода эмульсии; 6 – вертикальные перегородки, разделяющие ступени. Здесь и далее в главе 15:легкая фаза (Л); тяжелая фаза (Т); эмульсия (Э), граница с твердой фазой;граница раздела фаз жидкость – жидкость, газ – жидкость.