Пульсационные экстракторы.

Введение дополнительной энергии в жидкости путем сообщения им возвратно-поступательных колебаний (пульсаций) возможно двумя способами:

1. с помощью вибрирующих внутри аппарата перфорированных тарелок, укрепленных на общем штоке, которому сообщается возвратно-поступательное движение;

2. посредством специального механизма (пульсатора), находящегося вне аппарата; создаваемые пульсатором колебания гидравлически передаются жидкостям в экстракторе (см. рис. 10).

Второй способ более экономичен и осуществляется при отсутствии движущихся частей в самом аппарате. Поэтому экстракторы с выносными пульсаторами применяются наиболее часто.

а б

Рис. 10. Пульсационные колонные экстракторы:

а – ситчатый с поршневым пульсатором; б – насадочный с пневматическим пульсатором; 1 – колонна с ситчатыми тарелками; 2 – пульсатор; 3 – насадочная колонна; 4 – поршень; 5 – камера.

Пульсации способствуют лучшему дроблению диспергируемой фазы на капли и соответственно увеличению поверхности контакта фаз, интенсивному их перемешиванию, а также увеличению времени пребывания диспергируемой фазы и ее задержки в колонне.

Пульсационный ситчатый экстрактор (рис. 10, а) представляет собой обычную колонну 1 с ситчатыми тарелками, к которой присоединен пульсатор 2. По аналогии с насосами различают пульсаторы поршневые (плунжерные), мембранные, сильфонные и пневматические. Поршневой пульсатор – это бесклапанный поршневой насос, который присоединяется либо к линии подачи легкой фазы (рис. 10, а), либо непосредственно к днищу колонны. С помощью пневматического пульсатора (рис. 10, б) при движении поршня 4 периодически изменяется давление воздуха или инертного газа над свободным уровнем жидкости камере 5, соединенной с насосом. Эти колебания давления, в свою очередь, вызывают колебательное движение жидкости в экстракционной насадочной колонне 3.

Отделение аппарата от пульсатора значительно облегчает обслуживание экстракционной установки в тех случаях, когда недопустимо соприкосновение обслуживающего персонала с обрабатываемыми жидкостями и требуется полная герметизация аппаратуры, например при работе с радиоактивными и ядовитыми растворами. В этом заключается специфическое и существенное достоинство пульсационных экстракторов, которые по интенсивности массопередачи и производительности близки к механическим экстракторам с мешалками.

Основной недостаток пульсационных экстракторов – ограниченность диаметра этих аппаратов (обычно не более 600–800 мм). С увеличением диаметра возрастают трудности гидродинамического характера (неравномерность распределения скоростей по сечению аппарата, возможность кавитации), а также резко увеличивается расход энергии на сообщение пульсаций большим объемам жидкости в аппарате.

Центробежные экстракторы

Использование центробежных сил является эффективным средством улучшения не только смешения, но и разделения фаз при экстракции.

Принцип работы центробежного экстрактора ясен из рис. 11. Жидкости поступают под напором с противоположных концов в каналы быстро вращающегося вала 1, на котором закреплен ротор (барабан) 2. Плотность соединения труб для подвода жидкостей и вращающегося вала достигается с помощью сальников у торцов вала. Внутри ротора по всей его ширине размещена спиральная перегородка 3 из перфорированной ленты. В каналах между ее витками противотоком друг к другу движутся легкая и тяжелая фазы. При этом тяжелая фаза движется от оси к периферии ротора, а легкая фаза – от его периферии по направлению к оси.

Обе фазы перемешиваются, проходя сквозь отверстия спиралей, и разделяются в каналах под действием центробежных сил. Таким образом, смешение и сепарирование жидкостей протекают одновременно и многократно повторяются. Легкая фаза отводится у наружной поверхности ротора, а тяжелая – вблизи его оси. Обе фазы удаляются через раздельные отводные каналы вала, как показано на рис.11.

Центробежные экстракторы обладают существенными достоинствами. Эти аппараты весьма компактны и сочетают значительную производительность с высокой интенсивностью массопередачи. В них можно эффективно обрабатывать жидкости с небольшой разностью плотностей. Вместе с тем центробежные экстракторы отличаются малой удерживающей способностью и коротким временем пребывания жидкостей в аппарате. Эта особенность центробежных экстракторов обусловливает их успешное применение для экстракции легко

Рис. 11. Схема устройства центробежного экстрактора:

1 – вал; 2 – ротор (барабан); 3 – спиральные перегородки из металлической перфорированной ленты.

разлагающихся веществ, например антибиотиков (пенициллина и др.), чувствительных не только к нагреванию, но и к продолжительному пребыванию в растворе при нормальной температуре. Вместе с тем эти аппараты не пригодны для экстракции, сопровождаемой химической реакцией, когда требуется длительное время контакта фаз.

Производительность центробежных экстракторов определяется шириной ротора, а число получаемых теоретических ступеней – его диаметром. В промышленных центробежных экстракторах число оборотов ротора колеблется ориентировочно в пределах 1200-5000 мин^-1, что ограничивает размеры ротора (барабана), диаметр которого не превышает 1,2-1,5 м.

В экстракторе, показанном на рис. 11, тяжелая фаза отводится через канал, расположенный у оси вращения ротора.