2.3 Смесительно-отстойные экстракторы

Для эффективной экстракции необходимо обеспечить в применяемых аппаратах, возможно, большую поверхность контакта водной и органической фаз и последующее разделение фаз.

Смесительно-отстойные экстракторы – аппараты со ступенчатым контактированием несмешивающихся жидкостей и с вводом внешней энергии в контактирующие жидкости; изменение состава фаз скачкообразное.

В подавляющем большинстве случаев смесительно-отстойные экстракторы представляют каскад смесителей-отстойников и работают непрерывно. В каждой ступени (смесителе-отстойнике) фазы движутся прямотоком, в то время как каскад работает по принципу противотока. При перемешивании одна из фаз диспергируется на мелкие капли (дисперсная фаза), которые распределяются в другой фазе (сплошная).

Смесительно-отстойные экстракторы целесообразно применять при большом количестве ступеней экстракции, а также реэкстракции и промывки. Поэтому, ряд смесителей-отстойников объединяют в каскад (не менее 6-8 аппаратов), работающий от одного двигателя и называемый в целом смесительно-отстойным экстрактором ящичного типа.

Конструкция:

Конструкцию смесительно-отстойного экстрактора ящичного типа рассмотрим на примере экстрактора ГМЗ г. Желтые Воды:

Процесс экстракции на ГМЗ осуществляется в экстракторе – горизонтальном смесителе – отстойнике «ящичного типа» с механическим перемешиванием, состоящим из 11-ти ступеней (ячеек).

Это каскад смесителей-отстойников с точки зрения рационального использования металла и пространства, который представляет собой прямоугольный ящик, разделенный поперечными перегородками.

План и поперечный разрез такого типа экстрактора изображены на рис. 1.

Рис. 1. План и поперечный разрез экстрактора «ящичного типа».

Ячейки (ступени) прямоугольной формы соединены друг с другом переточными окнами. Каждая ячейка – это отдельный аппарат смеситель-отстойник, эквивалентный одной теоретической ступени, состоит из камеры смешивания (слева) и камеры отстаивания (справа) рис. 2.

Камеры разделены гофрированной перегородкой. В смесительной камере водная и органическая фазы перемешиваются, а затем смесь фаз (эмульсия) через жалюзийное окно в перегородке передается в отстойную камеру.

Рис. 2. Смеситель-отстойник (поперечный разрез)

Для перемешивания фаз чаще всего используются турбинные мешалки, вращающиеся со скоростью 400 – 600 об/мин и служащие одновременно насосами для подъема водной фазы от переливного окна, соединяющего смесительную и отстойную камеры.

В отстойной камере происходит всплытие или осаждение пузырьков дисперсной фазы. В конце отстойной камеры органическая фаза через верхнее переливное окно перемещается в левую ступень, а водная фаза через нижнее переливное окно – в правую ступень.

Органическая фаза продвигается через экстрактор справа налево, а навстречу ей перемещается водная фаза (исходный водный раствор и промывная жидкость). Таким образом, в экстракторе «ящичного типа» организовано противоточное движение фаз.

Принцип работы смесительно – отстойного экстрактора «ящичного типа»:

Водная фаза засасывается в камеру смешивания снизу из предкамеры, куда она поступает через нижнее переточное окно из отстойной камеры предыдущей ступени (в каскаде) или слева – по трубе, соединенной с турбиной. Органическая фаза поступает из отстойной камеры последующей ступени (справа) через верхнее переточное окно также в камеру смешивания. Эмульсия, образующаяся в камере смешивания, через жалюзийное окно в перегородке попадает в отстойную камеру, где расслаивается на фазы. Из отстойной камеры по переточным окнам органической фаза поступает в камеру смешивания предыдущей ступени, а водная – в камеру смешивания последующей. Итак, по всем ступеням экстрактора. Водная фаза транспортируется со ступени на ступень турбинными мешалками, а органическая фаза – самотеком из-за постепенного понижения уровня в смесительных камерах ступеней.

Так как равновесие между фазами устанавливается быстро в течение 1 – 3 минут, а расслаивание фаз за счет разности плотностей идет медленно (5 – 15 минут), объем отстойника в 3 – 5 раз превышает объем смесительной камеры.

Эффективность работы реальной ступени (КПД) определяется эффективностью смесительной и отстойной камер. Эффективность смесительной камеры характеризуется степенью приближения экстракционной системы к равновесному состоянию. Эффективность отстойной камеры характеризуется полнотой расслоения фаз. Коэффициент полезного действия одной ступени смесителей-отстойников составляет 0,75 – 0,95.

Достоинства смесительно – отстойных экстракторов:

1) высокая эффективность ступени контактирования, которая может приближаться к эффективности равновесной (теоретической ступени);

2) возможность применения для широкого диапозона соотношений объемов фаз;

3) гибкость конструкции при возможности изменения числа ступеней и работы в случае выхода из строя одной ступени;

4) сохранение состава фаз по ступеням после остановки, что обеспечивает быстрый последующий ввод аппарата в рабочий режим;

5) возможность работы при наличии небольшого количества твердой фазы;

6) простота конструкции, монтажа, ремонта и эксплуатации.

Недостатки:

1) большие производственные площади;

2) значительные размеры гравитационных отстойных камер.