4. Устройство экстракционных аппаратов

541

делителя, легкая фаза в виде капель движется снизу вверх сквозь тяже- лую фазу, заполняющую смесительную зону колонны. К этой зоне сверху и снизу примыкают отстойные зоны, обычно имеющие больший по сравне- нию со смесительной зоной диаметр для лучшего отстаивания жид- костей.

В верхней отстойной зоне капли сливаются и образуют слой легкой фазы, которая отводится сверху колонны. Тяжелая жидкость поступает через трубы 3 и движется в виде сплошной фазы сверху вниз. Она уда- ляется из колонны через гидравлический затвор 4, с помощью которого достигается полное заполнение жидкостью корпуса колонны.

В соответствии с высотой перелива тяжелой жидкости устанавливается положение уровня раздела фаз в колонне. Снижая высоту перелива,

можно перемещать уровень раздела в любое сечение смесительной зоны, а также в нижнюю отстойную зону колонны. Обычно в промыш- ленных экстракторах положение уровня разде- ла фаз автоматически регулируется вентилем 5, установленным на выходе тяжелой жидко- сти из колонны, который соединяется с дат- чиком, контролирующим положение уровня раздела.

Каждой скорости тяжелой жидкости должна соответствовать некоторая предельно-допусти- мая скорость легкой жидкости, и наоборот.

С увеличением скорости легкой жидкости воз- растает число капель в единице объема аппа- рата и их движение Происходит во всё более стесненных условиях. В результате увеличи- вается объемная доля диспергируемой фазы (ее задержка в аппарате), что уменьшает долю поперечного сечения, свободного для прохода сплошной фазы. Это, в свою очередь, вызывает возрастание локальных скоростей сплошной фазы, которая начинает уносить всё большее число капель в направлении, обратном направ- лению движения дисперсной фазы. Возникают циркуляционные токи дисперсной фазы, т. е. обратное перемешивание (см. стр. 120), кото- рое существенно уменьшает движущую силу и соответственно интенсивность массопередачи в распылительных экстракторах.

Возрастание уноса приводит в конечном счете к образованию второй поверхности раздела фаз в нижней отстойной зоне (см. рис. ХШ-19), нарушению противотока й «захлебыванию» колонны.

Аналогичное влияние оказывает уменьшение доли поперечного сече­ния аппарата распределителем для диспергируемой фазы: капли укруп­няются и легко увлекаются сплошной фазой. Для того чтобы по возмож­ности свести к минимуму явления, ускоряющие «захлебывание», распреде­литель дисперсной фазы устанавливают в нижней расширенной части колонны, где скорость сплошной фазы уменьшается, а сплошную фазу вводят, как показано на рис. ХШ-19, чтобы устранить возмущение потока на входе в колонну.

Распылительные экстракторы отличаются высокой производитель­ностью, но вместе с тем очень низкой интенсивностью массопередачи, обусловленной обратным (продольным) перемешиванием. Величина ВЕП в них достигает нескольких метров. Это является основной причиной весьма ограниченного промышленного применения распылительных колонн.

Рис. ХШ-19. Распылитель­ный колонный экстрактор:

/ — корпус; 2 — распылитель легкой жидкости (дисперсной фазы); 3 — трубы для ввода тяжелой жидкости (сплошной фазы); 4 — гидравлический за-¹ твор; <5 — регулирующий вен­тиль.

Гл. XIII. Экстракция

Полочные колонные экстракторы. Полочные экстракторы представ­ляют собой колонны с тарелками-перегородками различных конструк­ций. Перегородки имеют форму либо чередующихся дисков н колей, (рис. XII1-20), либо глухих тарелок с закраинами и сегментными вырезами, которые устанавливаются так же, как в барометрических конденсаторах (см. рис. ХШ-20, а), либо форму дисков с вырезами, показанных на рис. ХП-20, б. Расстояние между соседними полками составляет обычно 50—150 мм. Капли, коалесцируя, обтекают перегородки в виде тонкой пленки, омыв аемой сплошной фазой. Интенсивность массопередачи в по­лочных кол оннах несколько выше, чем в распылительных, главным образом за счет их секционирования посредством перегородок, что при­водит к уменьшению обратного перемешивания.

Насадочные и ситчатые колонные экстракторы. Эти экстракторы по существу не отличаются от обычных насадочных и ситчатых колонн, широко применяемых для процессов абсорбции и других массообменных процессов.

А

Легкая

живность

Тяженая | жидкость

Легкая

жидкость

| Легчая | жидкость

Л

Легкая

жидкость

Тяжелая

жидкость

Тяжелая

жадность

Тяжелая

Легкая

жидкость

щ

т

е*

. /яжелая

жидкость

жидкость

а 6

Рис. ХШ-20. Полочные колонные экстракторы:

а с полками типа диск—кольцо; 6 — с чередующи­мися полками типов / в 11.

Рис. XII1-21. Ситчатый колонный экстрактор.

В насадочных экстракторах насадка обычно распола­гается на опорных колосниковых решетках слоями высотой от 2 до 10 диа­метров колонны. При таком размещении насадки жидкости дополнительно перемешиваются в пространстве между ее слоями. Одна из фаз дисперги­руется с помощью распределительного устройства и движется в колонне противотоком к сплошной фазе. Проходя через насадку, капли много­кратно коалесцируют и вновь дробятся. Их окончательная коалесценция и образование слоя диспергируемой фазы происходят в отстойной зоне колонны по выходе из слоя насадки. Соответственно в одной из отстойных зон (верхней или нижней) поддерживается уровень поверхности раздела фаз.

В качестве насадки наиболее часто используют керамическую насадку (кольца Рашига). Важное значение для гидродинамических условий работы насадочных экстракторов имеет смачиваемость материала насадки жидкостями. Для того чтобы поверхность контакта фаз определялась по­верхностью капель диспергированной фазы, сплошная фаза должна лучше смачивать насадку, чем диспергированная. В противном случае капли сливаются в пленки; при этом поверхность контакта фаз ограничивается геометрической поверхностью самой насадки.

В ситчатом экстракторе диспергируемая фаза, например легкая, как показано на рис. ХШ-21, проходя через отверстия ситчатых тарелок, многократно дробится на капли и струйки, которые, в свою оче­редь, распадаются на капли в межтарелочном пространстве. После взаи­модействия со сплошной фазой капли коалесцируют и" образуют слой легкой фазы под каждой вышерасположенной тарелкой. В случае если