RU2521966C1

RU2521966C1 - Bubble extractor

Info

Publication number: RU2521966C1
Application number: RU2013100325/05A
Authority: RU
Inventors: Баходырджан Алиматов
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2014-07-10
Also published as: RU2013100325A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: extractor includes a vertical housing separated by partition walls into settling sections which are fitted with mixing devices in form of concentric inner, outer and cone-shaped pipes, gas-distribution nozzles with openings, mounted coaxial to the pipes, overflow pipes mounted in the partition walls. The upper edge of the cone-shaped pipe lies in the middle of the height of the settling section with spacing from the lower edge of the outer pipe. The inner pipe is placed with spacing from the lower partition wall. The upper edge of the gas-distributing nozzle lies higher than the lower edge of the inner pipe.

EFFECT: high efficiency of the extraction process.

1 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам для экстракции в системах "жидкость-жидкость", широко используемых в химической и смежной с нею отраслях (нефтехимической, пищевой, гидрометаллургической и др.).The invention relates to apparatus for extraction in liquid-liquid systems, widely used in the chemical and related industries (petrochemical, food, hydrometallurgical, etc.).

Известны жидкостные экстракторы, в которых интенсификация процесса осуществляется за счет использования для перемешивания жидкостей энергии вводимого в аппарат инертного по отношению к жидкостям газа (см. А.с. СССР №1152609. БИ №16, 1985 г.).Liquid extractors are known in which the process is intensified by using the energy of a gas inert to liquids introduced into the apparatus for mixing liquids (see AS USSR No. 1152609. BI No. 16, 1985).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является многоступенчатый барботажный экстрактор, включающий корпус, разделенный перегородками на секции-отстойники с расположенными внутри них смесительными устройствами и газораспределительными насадками с отверстиями (см. А.с СССР №610535. БИ №22, 1978 г.). С целью уменьшения уноса жидкостей с газом из экстрактора и улучшения степени диспергирования жидкостей при пузырьковом режиме барботажа газа смесительные устройства выполнены в виде двух концентрических патрубков - наружного и внутреннего, причем газораспределительный насадок расположен в нижней части внутреннего патрубка, верхний срез наружного патрубка расположен выше отверстий газораспределительного насадка вышележащей секции, а нижний срез его расположен на середине высоты секции-отстойника.The closest in technical essence to the claimed object is a multi-stage bubbling extractor, comprising a housing separated by partitions into sedimentation sections with mixing devices located inside them and gas distribution nozzles with holes (see A. from the USSR No. 610535. BI No. 22, 1978, ) In order to reduce the entrainment of liquids with gas from the extractor and to improve the degree of dispersion of liquids during the bubble gas bubble mode, the mixing devices are made in the form of two concentric nozzles - an external and an internal one, with the gas distribution nozzles located in the lower part of the internal pipe, the upper cut of the external pipe located above the gas distribution holes the nozzle of the overlying section, and its lower section is located in the middle of the height of the settling section.

Основным недостатком описанного устройства является то, что аппарат не обеспечивает необходимой эффективности процесса экстракции ввиду того, что внутри внутреннего патрубка смесительного устройства образуются капли дисперсной фазы достаточно крупных размеров, определяемых временем пребывания жидкостей в смесителе. А для уменьшения размеров капель с целью получения большей поверхности контакта фаз необходимо будет увеличивать время пребывания жидкостей в смесительном элементе, т.е. высоту смесительного элемента, что приведет к увеличению общей высоты колонного аппарата.The main disadvantage of the described device is that the apparatus does not provide the necessary efficiency of the extraction process due to the fact that droplets of a dispersed phase of sufficiently large sizes, determined by the residence time of the liquids in the mixer, are formed inside the inlet of the mixer. And to reduce the size of the droplets in order to obtain a larger contact surface of the phases, it will be necessary to increase the residence time of the liquids in the mixing element, i.e. the height of the mixing element, which will lead to an increase in the total height of the column apparatus.

Задачей изобретения является разработка устройства, обеспечивающего повышение эффективности процесса экстракции за счет получения в смесительном устройстве более мелких размеров капель дисперсной фазы.The objective of the invention is to develop a device that improves the efficiency of the extraction process by obtaining in the mixing device smaller droplets of the dispersed phase.

Для решения этой задачи барботажный экстрактор снабжается дополнительным коническим патрубком, установленным на нижней перегородке секции-отстойника концентрично наружному и внутреннему патрубкам смесительного устройства. При этом верхний срез конического патрубка располагается на середине высоты секции-отстойника и образует с нижним срезом наружного патрубка кольцевой зазор для выхода смеси жидкостей в отстойную часть секции. Внутренний патрубок смесительного устройства установлен с зазором к нижней перегородке секции-отстойника, и его нижний срез расположен ниже верхнего среза поднятого над перегородкой газораспределительного насадка.To solve this problem, the bubbler extractor is equipped with an additional conical pipe mounted on the lower partition of the settling section concentrically to the external and internal pipes of the mixing device. In this case, the upper cut of the conical pipe is located at the mid-height of the settling section and forms an annular gap with the lower cut of the external pipe for the mixture of liquids to enter the settling part of the section. The inner pipe of the mixing device is installed with a gap to the lower partition of the settling section, and its lower section is located below the upper section of the gas distribution nozzle raised above the partition.

Сущность изобретения поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.

Вертикальный корпус 1 экстрактора разбит перегородками 2 на отдельные секции-отстойники, в которых установлены смесительные устройства, состоящие из концентрически расположенных внутренних 3, наружных 4 и конических 5 патрубков. Нижние срезы патрубков 3 подняты над перегородками 2 с образованием кольцевых зазоров для прохода смеси жидкостей внутрь патрубков 3 при циркуляционном движении, а верхние срезы конических патрубков, расположенные на серединах высот секций-отстойников, образует с нижними срезами наружных патрубков 4 кольцевые зазоры для выхода жидкостей из смесительных устройств в отстойные части секций-отстойников. Соосно патрубкам 3, 4 и 5 установлены газораспределительные насадки 6 с отверстиями 7 в боковых стенках выступающих под перегородки частей, при этом верхние срезы насадков 6 подняты над перегородками и расположены выше нижних срезов патрубков 3. В перегородках 2 крепятся также трубки 8 для перетока тяжелой жидкости, которые со стороны нижних заглушенных концов имеют отверстия 9, а сверху перекрыты колпачками 10 с прорезями 11 в нижней части и отверстиями 12 в верхних крышках.The vertical housing 1 of the extractor is divided by partitions 2 into separate sections-settlers, in which mixing devices are installed, consisting of concentrically located inner 3, outer 4 and conical 5 nozzles. The lower sections of the nozzles 3 are raised above the partitions 2 with the formation of annular gaps for passage of the liquid mixture into the nozzles 3 during the circulation movement, and the upper sections of the conical nozzles located at the midpoints of the heights of the settling sections form ring gaps with the lower sections of the outer nozzles 4 for the liquids to exit from mixing devices in the settling sections of the settling sections. Gas distribution nozzles 6 are installed coaxially with the nozzles 3, 4 and 5, with openings 7 in the side walls of the parts protruding beneath the partitions, while the upper sections of the nozzles 6 are raised above the partitions and are located above the lower sections of the nozzles 3. Tubes 8 for transferring heavy liquid are also mounted in the partitions 2 , which have openings 9 on the side of the lower muffled ends and are covered by caps 10 on top with slots 11 in the lower part and holes 12 in the upper covers.

Экстрактор работает следующим образом.The extractor works as follows.

Легкая жидкость поступает в газораспределительный насадок 6 через его нижний срез. Туда же через отверстия 9 в трубке 8 поступает тяжелая жидкость. При совместном движении снизу вверх внутри газораспределительного насадка 6 и далее патрубка 3 жидкости интенсивно перемешиваются пузырьками барботирующего через их слой инертного газа, который поступает через отверстия 7 насадка 6. Размер и количество отверстий 7 рассчитывается и подбирается таким образом, чтобы под перегородкой 2 образовывалась газовая подушка высотой «h», наличие которой обеспечивает равномерное поступление газа во все смесительные устройства секции-отстойника. Выйдя в зазор между перегородкой 2 и верхним срезом патрубка 4, газ собирается под перегородкой и поступает через отверстия газораспределительных насадков в смесительные устройства вышележащей секции-отстойника. Перемешанные внутри патрубка 3 жидкости проходят далее сверху вниз по кольцевому каналу между патрубками 3 и 4, так как выходу жидкостей в зазор между перегородкой 2 и патрубком 4 препятствует слой газа высотой «h» под перегородкой 2. Разность плотностей газожидкостного потока внутри патрубка 3 и чисто жидкостного потока в кольцевом канале между патрубками 3, 4 и 5 приводит к интенсивной циркуляции жидкостей в смесительном устройстве через зазор между нижней перегородкой 2 и нижним срезом патрубка 4. Нарушению циркуляции жидкостей путем попадания инертного газа в кольцевой канал между патрубками 3, 4 и 5 препятствует поднятие верхнего среза газораспределительного насадка 6 выше нижнего среза патрубка 3. Перемешиваемые в циркуляционном режиме в смесительном элементе жидкости будут выходить в отстойную часть секции-отстойника через кольцевой зазор, образованный нижним срезом патрубка 4 и верхним срезом патрубка 5. При этом количество выходящей в указанный зазор смеси жидкостей будет определяться суммарным количеством легкой и тяжелой жидкостей, поступающих в смесительный элемент.Light fluid enters the gas distribution nozzle 6 through its lower slice. There, through the holes 9 in the tube 8, a heavy liquid enters. When moving together from the bottom up inside the gas distribution nozzle 6 and then the nozzle 3, the liquids are intensively mixed with bubbles of an inert gas sparging through their layer, which enters through the openings 7 of the nozzle 6. The size and number of holes 7 are calculated and selected so that a gas cushion forms under the partition 2 height "h", the presence of which ensures a uniform flow of gas into all mixing devices of the settling section. Having left the gap between the partition 2 and the upper cut of the nozzle 4, the gas is collected under the partition and flows through the openings of the gas distribution nozzles into the mixing devices of the overlying settling section. The liquids mixed inside the nozzle 3 pass further from top to bottom along the annular channel between the nozzles 3 and 4, since the exit of the liquids into the gap between the partition 2 and the nozzle 4 is prevented by a gas layer of height “h” under the partition 2. The density difference between the gas-liquid flow inside the nozzle 3 and pure fluid flow in the annular channel between the nozzles 3, 4 and 5 leads to intensive circulation of liquids in the mixing device through the gap between the lower partition 2 and the lower cut of the nozzle 4. Violation of the circulation of liquids by getting the inert gas in the annular channel between the nozzles 3, 4 and 5 prevents the raising of the upper cut of the gas distribution nozzle 6 above the lower cut of the nozzle 3. The liquids mixed in the circulating mode in the mixing element will exit into the settling part of the settling section through the annular gap formed by the lower cut of the nozzle 4 and the upper cut of the nozzle 5. In this case, the amount of the mixture of liquids entering the specified gap will be determined by the total amount of light and heavy liquids entering the mixing element nt.

Из смесительного элемента в отстойную часть секции будут выноситься только те капли тяжелой жидкости, скорость осаждения которых будет меньше скорости жидкостей в кольцевом зазоре. Более крупные же капли тяжелой жидкости будут продолжать свое движение в циркуляционном потоке жидкостей и вновь попадать в зону барботирующего инертного газа внутри патрубка 3 до тех пор, пока в результате их дробления на более мелкие капли, они не будут выноситься потоком жидкостей в отстойную часть секции-отстойника. Таким образом, регулируя количества подаваемых в смесительный элемент жидкостей и инертного газа, можно регулировать размер выходящих в отстойную часть секции-отстойника капель дисперсной фазы.From the mixing element into the settling part of the section, only those drops of heavy liquid will be carried out, the deposition rate of which will be less than the speed of the liquids in the annular gap. Larger drops of heavy liquid will continue their movement in the circulating flow of liquids and again fall into the zone of bubbling inert gas inside the nozzle 3 until, as a result of their crushing into smaller drops, they will not be carried out by the flow of liquids into the settling part of the section sedimentation tank. Thus, by controlling the amount of liquids and inert gas supplied to the mixing element, it is possible to control the size of the dispersed phase droplets emerging into the settling section.

В отстойной части секции-отстойника происходит расслоение жидкостей: капли тяжелой жидкости оседают в сплошной слой на перегородке 2, из которого тяжелая жидкость перетекает в смесительное устройство нижележащей секции-отстойника по трубке 8, а легкая жидкость из верхней части секции попадает в газораспределительный насадок вышележащей секции. Границу раздела легкой и тяжелой жидкостей автоматически определяет положение верхнего среза трубки 8, перекрытие которого колпачком 10 способствует попаданию в трубку 8 только полностью отстоявшейся тяжелой жидкости через прорези 11 в нижней части колпачка 10. Отверстия 12 в верхней крышке колпачка предназначены для удаления воздуха из-под колпачка в период заполнения аппарата жидкостями перед пуском в работу.Separation of liquids takes place in the settling part of the settling section: drops of heavy liquid settle into a continuous layer on the baffle 2, from which heavy liquid flows into the mixing device of the underlying settling section through tube 8, and light liquid from the upper part of the section enters the gas distribution nozzle of the overlying section . The interface between light and heavy liquids automatically determines the position of the upper cut of the tube 8, the overlapping of which with the cap 10 allows only fully settled heavy liquid to enter the tube 8 through the slots 11 in the lower part of the cap 10. The holes 12 in the upper cover of the cap are designed to remove air from under cap during filling the apparatus with liquids before putting it into operation.

Интенсивная циркуляция жидкостей в смесительных устройствах приводит к существенному уменьшению размеров капель дисперсной фазы за счет многократного попадания крупных капель тяжелой жидкости в зону барботирующего инертного газа, а следовательно, к увеличению межфазной поверхности контакта фаз и, в конечном итоге, к повышению эффективности процесса экстракции.Intensive circulation of liquids in mixing devices leads to a significant reduction in the size of droplets of the dispersed phase due to the multiple large droplets of heavy liquid falling into the zone of bubbling inert gas, and, consequently, to an increase in the interphase contact surface of the phases and, ultimately, to an increase in the efficiency of the extraction process.

Экстрактор наиболее успешно может быть применен в тех производствах, где диспергированию подвергается тяжелая жидкость, а легкая жидкость является сплошной фазой. Производительность экстрактора определяется числом параллельно работающих в секции-отстойнике смесительных устройств, а необходимая степень извлечения целевого компонента - числом секций-отстойников.The extractor can be most successfully applied in those industries where a heavy liquid is dispersed and a light liquid is a continuous phase. The performance of the extractor is determined by the number of mixing devices operating in the settling section in parallel, and the required degree of extraction of the target component is determined by the number of settling sections.

Использование барботажного экстрактора данной конструкции позволяет значительно повысить эффективность процесса экстракции в результате уменьшения размеров капель дисперсной фазы за счет многократного пребывания жидкостей в зоне барботирующего инертного газа, что особенно важно при экстракции промышленных систем с относительно высокой вязкостью диспергируемой фазы.The use of a bubbling extractor of this design can significantly increase the efficiency of the extraction process by reducing the size of droplets of the dispersed phase due to the multiple presence of liquids in the zone of bubbling inert gas, which is especially important when extracting industrial systems with a relatively high viscosity of the dispersed phase.

Claims

Барботажный экстрактор, включающий корпус, разделенный перегородками на секции-отстойники с расположенными внутри них смесительными устройствами и газораспределительными насадками с отверстиями, отличающийся тем, что каждое смесительное устройство снабжено дополнительным коническим патрубком, установленным на нижней перегородке секции-отстойника концентрично внутреннему и наружному патрубкам, при этом верхний срез конического патрубка расположен на середине высоты секции-отстойника с зазором относительно нижнего среза наружного патрубка, внутренний патрубок установлен с зазором относительно нижней перегородки, а верхний срез газораспределительного насадка расположен выше нижнего среза внутреннего патрубка. A bubbling extractor comprising a housing divided by partitions into sedimentation sections with mixing devices located inside them and gas distribution nozzles with openings, characterized in that each mixing device is equipped with an additional conical nozzle mounted on the lower partition of the settling section concentrically to the inner and outer nozzles, this upper section of the conical pipe is located at the middle of the height of the settling section with a gap relative to the lower section of the outer about the nozzle, the inner nozzle is installed with a gap relative to the lower partition, and the upper cut of the gas nozzle is located above the lower cut of the inner nozzle.