Экстракторов

16.4. 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.
16.4.1. 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. 16.2 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. 8.3). Однако в целях экономии площадей, материала и насосов при многоступенчатой экстракции используют ящичные экстракторы прямоугольного сечения, все ступени которого размещены в одном корпусе и отделены друг от друга вертикальными перегородками (рис. 16.11.)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. 16.11. 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 разделе 16.4.: - легкая фаза (Л); - тяжелая фаза (Т); - эмульсия (Э), - граница с твердой фазой;

• 
  г раница раздела фаз жидкость – жидкость, газ – жидкость.
  

В ступенчатых экстракторах могут использоваться смесители и сепараторы, работающие на иных принципах. Так, для перемешивания применяются центробежные насосы, инжекторы, форсунки, диафрагмы и сопла, а в качестве сепараторов – гидроциклоны и центрифуги.

При многоступенчатой экстракции размещение экстракторов может осуществляться как на одном уровне, так и каскадом (понижение уровня каждой последующей ступени по отношению к предыдущей). В последнем случае уменьшается необходимое для перекачивания фаз количество насосов, так как одна из них будет перемещаться самотеком.
Преимущества ступенчатых экстракторов заключаются в следующем: высокая степень диспергирования и интенсивность массопередачи, широкий диапазон соотношения расходов фаз, пригодность для работы в помещениях малой высоты, простота остановки и запуска, простота расчета (высокая степень приближения к равновесию), удобство перенастройки при изменении технологических условий (подключение или отключение ряда ступеней).
К недостаткам ступенчатых экстракторов относятся: большая занимаемая площадь, потребность отдельного привода для перемешивающего устройства на каждой ступени, необходимость насосов для перекачивания фаз между ступенями.