Материал: Аппаратура процессов разделения гомогенных и гетерогенных систем

Насадочный экстрактор

Достаточно широкое распространение в промышленности получили насадочные экстракторы (рис. 41), которые по конструкции во многом аналогичны насадочным абсорберам. В качестве насадки используют в основном кольца Рашига. Насадку располагают на опорных решётках сплошным слоем или секциями, между которым происходит перемешивание фаз. Одну из фаз диспергируют с помощью распределительного устройства в потоке сплошной фазы. В слое насадки капли диспергированной фазы могут многократно коалесцировать, а затем дробиться, что повышает эффективность процесса. Очень важным вопросом является выбор материала насадки. Она должна предпочтительно смачиваться сплошной фазой, поскольку при этом устраняется возможность прилипания капель диспергированной фазы к поверхности насадки. Разделение фаз происходит в отстойных зонах, часто имеющих больший диаметр, чем диаметр экстрактора, что улучшает сепарацию фаз.

Ввиду малого различия плотностей фаз в системе жидкость-жидкость, по сравнению с системой газ-жидкость, скорость их взаимного перемещения под действием гравитационных сил незначительна, что снижает скорость массопереноса. Чтобы устранить этот недостаток, в контактирующие фазы вводят дополнительную механическую энергию.

Эффективность массообмена можно повысить введением механической энергии за счёт пульсации фаз. Пульсации в колонне генерируются наружным механизмом (пульсатором) гидравлически. В качестве пульсаторов используют в основном поршневые бесклапанные, мембранные, сильфонные и пневматические насосы. Применение пульсаций способствует лучшему диспергированию, интенсивному обновлению поверхности контакта фаз, увеличению времени пребывания диспергированной фазы в экстракторе. Насадочный экстрактор, снабжённый пульсатором, относится к механическим экстракторам, без пульсатора – к гравитационным.

Насадочные экстракторы несколько сложнее по устройству и выше по стоимости, чем полые, но отличаются более высокой эффективностью. Движущая сила в насадочных экстракторах выше, поскольку затруднено обратное перемешивание фаз. По сравнению с полыми экстракторами также выше площадь поверхности контакта фаз и время пребывания диспергированной фазы в аппарате, что способствует улучшению масособмена. Однако проблема захлёбыва-

56

ния аппарата при большой доле дисперсной фазы ещё более усугубляется, поскольку часть сечения занята насадкой.

Рис. 41. Насадочный экстрактор:

1 – корпус; 2 – насадка; 3 – распределительное устройство; 4 – отстойники; 5 – гидрозатвор; 6 – поверхность раздела фаз; 7 – люк для загрузки насадки; 8 – люк для выгрузки насадки

57

Тарельчатый экстрактор

Из тарельчатых экстракторов наибольшее применение нашли экстракторы с ситчатыми тарелками (рис. 42). В этих аппаратах одна из жидких фаз многократно дипергируется и коалесцирует, проходя через большое число отверстий в тарелке, скорость процесса экстракции при этом возрастает. После взаимодействия со сплошной фазой капли коалесцируют и образуют слой фазы возле тарелки. Если диспергируется лёгкая фаза, то её слой образуется под тарелкой, если тяжёлая фаза – над тарелкой. Эти слои называют подпорными, они обеспечивают секционирование колонны по высоте и предотвращают движение сплошной фазы через отверстия тарелок. Сплошная фаза перетекает с тарелки на тарелку через переливные устройства. Кроме того, эти слои создают гидростатический напор, необходимый для преодоления сопротивления тарелок и диспергирования жидкости.

Тарельчатый экстрактор, как и насадочный, может быть снабжён пульсатором, повышающим эффективность работы аппарата. Обычный тарельчатый экстрактор относят к гравитационным аппаратам, снабжённый пульсатором – к механическим.

Ситчатые экстракторы просты по устройству, имеют достаточно высокую производительность и менее подвержены захлёбыванию, чем насадочные. Вследствие секционирования колонны тарелками продольное перемешивание в таких аппаратах незначительно, что повышает движущую силу.

Ситчатые экстракторы применяют в производстве синтетического каучука для экстракции дивинила, в нефтехимии – для экстракции сероводорода из сжиженных газов, в фармацевтической и других отраслях промышленности.

Роторно-дисковый экстрактор

Одним из распространенных в технике механических экстракторов является роторно-дисковый экстрактор (рис. 43). В этом экстракторе на внутренней стенке корпуса колонны на равном расстоянии друг от друга укреплены неподвижные кольцевые перегородки (статоры), делящие колонну на ряд секций небольшого объёма. По оси колонны на валу располагаются гладкие горизонтальные диски (роторы). Диаметр дисков ротора несколько меньше диаметра отверстий колец статора.

58

При вращении вала с дисками под действием сил трения и центробежных сил возникает движение сплошной фазы к стенкам аппарата, достигнув которых, жидкость движется вверх и вниз вдоль стенок и отражается кольцами статора. На это движение жидкости накладывается осевое. Диспергируемая лёгкая фаза движется противотоком к сплошной и дополнительно дробится ротором.

В результате в каждой секции возникают тороидальные замкнутые потоки сплошной фазы, приводящие к интенсивному перемешиванию фаз. При этом дисперсная фаза многократно дробится дисками при столкновении со стенками и под действием турбулентных пульсаций. После перемешивания при обтекании кольцевых перегородок, ограничивающих секции колонны, фазы частично разделяются вследствие разности плотностей. В отстойных зонах колонны фазы расслаиваются и затем выходят из аппарата.

Роторные экстракторы различаются в основном конструкцией перемешивающих устройств. Так вместо гладких дисков применяют различного вида мешалки, иногда секции заполняют насадкой.

К основным достоинствам роторных экстракторов относятся высокая эффективность массообмена, малая чувствительность к твёрдым примесям в фазах, возможность создания аппаратов большой единичной мощности.

Вместе с тем роторным экстракторам присущ серьёзный недостаток – так называемый масштабный эффект, т.е. существенное увеличение высоты единицы переноса с увеличением диаметра аппарата. Причина этого являния заключается в неравномерности поля скоростей по высоте и поперечному сечению аппарата, в образовании застойных зон, байпасировании, способствующих усилению продольного перемешивания и нарушению равномерной структуры потоков в аппарате.

1.7. Адсорбция

Адсóрбция – процесс разделения газовых, паровых и жидких смесей путём поглощения одного или нескольких компонентов смеси поверхностью или объёмом пор твёрдого тела – адсорбéнта. Поглощаемое вещество, находящееся в объёмной фазе (газе, паре или жидкости), называется адсорбти́вом, а погло-

щённое – адсорбáтом.

60