Xreferat.com » Рефераты по химии » Разновидности и принцип действия экстракторов

Разновидности и принцип действия экстракторов

ВВЕДЕНИЕ


В ходе химико-технологического процесса химическому превращению подвергаются разнообразные вещества, обладающие различными физико-химическими свойствами. Разнообразна и сама природа химического взаимодействия. Этому многообразию соответствует многообразие химических реакторов. Хотя конструкция аппарата и влияет на степень превращения (конверсию) и селективность (избирательность) процесса, сущность этого влияния определяется не собственно конструкцией, а определенной взаимосвязью физических и химических факторов, необходимой для успешного протекания химических реакций. Конструкция же аппарата является только средством воздействия на эту взаимосвязь путем изменения скорости отдельных физических и химических стадий процесса.


ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭКСТРАКТОРОВ И ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА В НИХ


Классификация экстракторов

Для того, чтобы оборудование для проведения экстрагирования в системе твердое тело — жидкость отвечало требованиям современного высокоэффективного производства (большая единичная мощность аппарата при низкой относительной металлоемкости, глубокое извлечение экстрагируемого вещества при минимальной длительности процесса и т. д.), оно должно обеспечивать протекание процесса в условиях, наиболее близких к противотоку при минимальных гидродинамическом сопротивлении относительному движению фаз, соотношении расхода масс экстрагента и твердых частиц, и суммарном внутреннем, и внешнем диффузионном сопротивлении.

Частицы, подвергаемые экстрагированию, весьма разнообразны по физическим свойствам (плотности, консистенции, упругости, собственной пористости, диффузионному сопротивлению и др.), форме и строению, причем эти свойства могут существенно изменяться в процессе. Велик и диапазон размеров частиц (от 10 -6 м до 10 -1 м). В связи с большим разнообразием физических свойств материалов, подвергающихся экстрагированию, размеров и форм частиц весьма многообразны и конструкции экстракторов.

Классификация их может быть основана на многих признаках. По режиму работу экстракторы делятся на периодические, полунепрерывные и непрерывные; по взаимному направлению движения экстрагента и твердых частиц — на противоточные, прямоточные, с периодическим процессом, процессом полного (идеального) смешения, процессом в слое и комбинированными процессами; по виду циркуляции — на экстракторы с однократным прохождением экстрагента, с рециркуляцией экстрагента и оросительные; по давлению в экстракторе — на атмосферные, вакуумные и работающие под давлением; по свойствам твердых частиц, участвующих в процессе, — на экстракторы для крупнозернистых, мелкозернистых, тонкодисперсных, пастообразных, волокнистых и других материалов.

Конструктивно основные типы экстракторов классифицируются по неоднородным признакам: по виду корпуса аппарата — колонные и камерные; по виду транспортного органа — шнековые, лопастные, щепные, ковшовые, ротационные, ленточные; по расположению корпуса аппарата — горизонтальные, вертикальные и наклонные.

По гидродинамическому характеру процесса, протекающего в аппарате, экстракторы делятся на аппараты с неподвижным слоем твердых частиц, движущимся слоем и кипящим (взвешенным) слоем.

В название аппарата обычно входит один из перечисленных выше признаков, хотя в его конструкций имеются и другие важные конструктивные признаки, поэтому обычно название аппарата далеко не полно характеризует его основные конструктивные особенности. Наиболее общая классификация экстракторов по конструктивному принципу включает такие их типы: колонные, ротационные, шнековые (двухшнековые наклонные), оросительные, аппараты с кипящим слоем, камерные и батарейные.


ЭКСТРАКТОРЫ ПЕРИОДИЧЕСКОГО И ПОЛУПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ


Экстракторы периодического и полупериодического действия относятся к несовершенному виду оборудования. Тем не менее во многих отраслях металлургической, химической, целлюлозно-бумажной, фармацевтической, пищевой и мясо - молочной промышленности они до сих пор имеют достаточно широкое распространение. Если для некоторых категорий получаемых экстрактов и настоев в отдельных отраслях фармацевтической, пищевой и мясо - молочной промышленности, где производятся небольшие партии продукции весьма многочисленных наименований, применение периодической аппаратуры можно считать оправданным, то для большинства перечисленных производств вопрос о переходе к непрерывно действующим аппаратам с режимом интенсивного массообмена между фазами является исключительно актуальным.

В качестве основных типов экстракторов периодического действия получили распространение камерные аппараты (реакторы) с механическим, пневматическим и пневмомеханическим перемешиванием, а также настойные чаны с неподвижным слоем твердых частиц с циркуляцией (перколяторы) и без циркуляции экстрагента.

Камерные аппараты (реакторы) обычно представляют собой сосуды цилиндрической формы с плоским или коническим днищем, выполненные из обычной или нержавеющей стали и покрытые внутри (если экстрагент представляет собой агрессивную среду) слоем или несколькими слоями кислотоупорного материала.

В гидрометаллургии распространены подобного рода реакторы с пневмомеханическим перемешиванием (рис. 6.1) или периферическими аэролифтами (рис. 6.2). При центральном аэролифте пульпа (смесь твердых частиц и экстрагента) сгребается мешалкой к центральной трубе, в которую подается воздух, поднимается по трубе кверху, вследствие меньшей плотности жидкости, содержащей воздушные пузыри, и растекается сверху по желобам к периферии аппарата. Затем частицы оседают на дно и вновь сгребаются к центру аппарата. Мешалка делает 2—4 об/мин.

В реакторах с периферическими аэролифтами воздух подается по трубкам 1 внутрь труб 2, оттуда пульпа попадает в центральную трубу 3 и затем на мешалку 4, с помощью которой разбрасывается по сечению аппарата и вновь попадает в центральную трубу.

Аппараты подобного типа имеют обычно высоту от 2 до 4,5 м и соответственно диаметр от 2 до 9 м.

Процесс в таких аппаратах протекает как периодический или, при соединении нескольких подобных аппаратов в. виде каскада реакторов, как приближающийся к прямоточному.

Разновидности и принцип действия экстракторов

Разновидности и принцип действия экстракторов


Процесс в таких аппаратах протекает мало интенсивно, поскольку перемешивание происходит с очень небольшой скоростью и имеются условия для образования сгустков твердых частиц, в которые экстрагент мало или почти не проникает. Весьма медленным является и последующий процесс разделения твердых частиц и экстрагента. Кроме того, этим аппаратом свойственны все отмеченные выше недостатки периодического (замкнутого) и прямоточного процессов и известные недостатки периодического процесса вообще.

Экстрагирование в неподвижном (плотном) слое частиц жидкостью, фильтрующейся через этот слой, производят в аппаратах, которые носят название диффузоров, или перколяторов. Конструктивно такие аппараты представляют собой сосуд цилиндрической, конической или прямоугольной формы, имеющий в нижней части ложное перфорированное днище. Циркуляция экстрагента, фильтрующегося через слой, обеспечивается насосом. больших размеров для пищевой и фармацевтической промышленностей выполняют с мешалками (рис. 6.3). Процесс экстрагирования в этих аппаратах является периодическим.


Разновидности и принцип действия экстракторов


Аппараты малых объемов для экстрагирования в плотном слое располагаются обычно вертикально и имеют комбинированную форму: в основной своей части — цилиндрическую и с одного или обоих концов — форму усеченного конуса (рис. 6.4 и 6.5). Верхнее отверстие служит для загрузки аппарата твердыми частицами, нижнее — для выгрузки. К этим отверстиям плотно прижимаются крышки с помощью специального механического или гидравлического устройства.

Разделительное сито может находиться над нижней (рис. 6.5) или под верхней (рис. 6.4) крышками диффузора.

Последовательное соединение группы из 4—16 таких аппаратов позволяет проводить процесс полупериодически. При этом он может протекать по двум схемам.

1. Определенный период времени во всех аппаратах жидкость неподвижна, затем происходит продвижение экстрагента из аппарата в аппарат. Такой процесс должен рассматриваться как комбинированный прямоточно-противоточный процесс, и число необходимых аппаратов или конечные параметры процесса должно рассчитываться по алгоритму.

Разновидности и принцип действия экстракторовРазновидности и принцип действия экстракторов


2. После подключения очередного диффузора, со свежим материалом сразу же начинается движение экстрагента, которое прерывается только на период подключения очередного аппарата. В этом случае процесс приближается к противоточному.

Группа последовательно соединенных аппаратов (рис. 6.6) носит название батареи. Для поддержания соответствующего температурного режима между каждой парой диффузоров может устанавливаться теплообменник.


Разновидности и принцип действия экстракторов

Замкнутая система коммуникаций позволяет периодически отключать один из аппаратов от циркуляционной системы, освобождать его от полностью истощенного материала и заполнять свежим. После этого аппарат вновь включается в систему циркуляции и в него поступает наиболее обогащенный экстрагент, прошедший через все остальные п — 1 или п — 2 аппараты, и отключается следующий: аппарат, в который до этого поступал чистый растворитель. Чем больше число аппаратов, тем ближе процесс к непрерывному. Главным недостатком батарейных аппаратов, которые еще широко применяются в целлюлозно-бумажной, легкой, фармацевтической, пищевой и других областях промышленности, является большая затрата ручного труда при их эксплуатации, значительные потери экстрагируемого вещества (частицы нередко выгружаются вместе с последними порциями растворителя, поступившего в аппарат), большая металлоемкость и трудность регулирования процессов, невозможность его механизации и автоматизации. Достоинством этого аппарата является то, что неподвижно лежащий в нем слой частиц не разрушается в процессе экстрагирования; это во многих случаях обеспечивает улучшение гидродинамических условий процесса и более высокое качество экстракта, а также возможность осуществить любой температурный режим, поскольку экстрагент переходит из одного аппарата в другой через теплообменник.

Применение единичных аппаратов этого типа целесообразно для проведения экстрагирования настаиванием в тех случаях, когда процесс протекает особенно длительно или экстрактивные вещества получают в малых количествах, но очень многих наименований


ЭКСТРАКТОРЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ


Экстракторы непрерывного действия по сравнению с периодическими и полупериодическими кроме общеизвестных преимуществ любого непрерывного процесса перед периодическим (полное исключение затрат ручного труда, возможность автоматизации процесса,, создание единичного аппарата большой производительности, равномерность потребления энергии и сырья и др.) имеют и такое важное преимущество, как улучшение массообменных характеристик процесса и, в частности, увеличение коэффициента массоотдачи от поверхности частиц к экстрагенту. Однако аппараты непрерывного действия имеют и ряд недостатков, главные из которых состоят в продольном перемешивании экстрагента и твердых частиц, значительном разрушении последних, неравномерности протекания процесса.

Создание совершенного непрерывно действующего экстрактора большой единичной мощности может быть осуществлено только путем устранения всех этих важнейших недостатков аппарата.

Наиболее широко распространенной группой аппаратов непрерывного действия являются колонные. Эти аппараты по конструктивным признакам делятся на одноколонные и многоколонные, по расположению основного корпуса (корпусов) — на вертикальные,

горизонтальные и наклонные, а по виду транспортного органа — на лопастные, шнековые и цепные.


Разновидности и принцип действия экстракторов

Одноколонный аппарат (рис. 6.7,6) может иметь лопасти 3, винтожным образом расположенные на вертикальном полом валу 2, и жонтрлопасти 4, закрепленные на корпусе аппарата 1 между лопастями и препятствующие вращению массы твердых частиц вместе с валом. Транспортный орган колонного аппарата в некоторых случаях представляет собой отдельные витки, в промежутке между которыми также находятся контрлапы (рис. 6.7, а). При значительном отличии от плотности твердых частиц от плотности экстрагента колонный аппарат может вообще не иметь основного транспортного органа (рис. 6.7, в). Сложной является система подачи твердых частиц в аппарат. Она обеспечивается специальным насосом (рис. 6.7, аи б), однако при этом требуется значительное обогащение жидкостью смеси твердых частиц с экстрагентом. Смесь подается в колонну над разделительным ситом 5. Отделяющийся этим ситом экстрагент частично идет на дальнейшую переработку (выпаривание, очистку), но большая его часть попадает в смеситель для образования смеси с твердыми частицами, направляющимися в аппарат. Необходимость отделения на сите 5 значительного количества жидкости создает тяжелый гидродинамический: режим в этой зоне аппарата. Твердые частицы могут подаваться: в колонный аппарат специальным шнеком (рис. 6.7, в). При обоих способах подачи частиц в аппарат происходит значительное их разрушение, которое может существенно ухудшить массообмен в аппарате. В одноколонном аппарате дробление твердых частиц; имеет место и при их дальнейшей транспортировке — это ухудшает гидродинамические условия в процессе. В аппаратах этого типа трудно осуществить подвод тепла, который во многих случаях необходим в процессе экстрагирования.

Достоинства одноколонного аппарата, которые можно отнести почти ко всем аппаратам колонного типа, состоят в том, что процесс в них протекает противоточно и непрерывно, вся масса частиц постоянно находится в жидкой фазе. Такие аппараты занимают малые площади, обладают, как правило, малой металлоемкостью (все внутреннее пространство аппарата используется полезно).

Для определения условий массообмена в экстракторе снимаются экстракционные кривые, для чего экспериментально устанавливаются концентрации экстрагируемого вещества в твердых частицах: и в жидкости в пробах, отобранных в ряде точек по длине аппарата. По известным, таким образом, концентрациям на каждом интервале - аппарата между точками «отбора проб, размеру частиц, времени пребывания частиц на интервале, коэффициенту диффузии (который может быть измерен для каждого интервала в лабораторных условиях) коэффициент массоотдачи для этого интервала вычисляется с помощью алгоритма обратного интервально-итерационного расчета; так, например, в случае использования номограмм необходимо вычислить отношение избыточных концентраций на концах интервалов (Z), определить величину критерия Фурье для интервалов (по известным коэффициенту диффузии, размеру частицы и времени пребывания частицы на интервале) и, зная q — соотношение расхода масс, по номограмме найти величину критерия Био.

Такое распределение величины массоотдачи можно объяснить следующим образом. В нижней части аппарата происходит некоторое уплотнение слоя твердых частиц, связанное с отделением экстрагента, удаляемого из колонны, и в связи с этим ухудшение гидродинамических условий обтекания частиц экстракционной жидкостью.

В средней зоне аппарата обычно устанавливается оптимальная гидродинамическая обстановка процесса. Смесь твердых частиц с экстрагентом хорошо перемешивается транспортирующим устройством и равномерно распределяется по сечению аппарата, чего не наблюдается в нижней его части. Величина массоотдачи на этом участке аппарата должна достичь своего максимума.

В верхней части аппарата, где частицы значительно раздроблены, наблюдается их слеживание, образуются отдельные сгустки частиц или «комки», внутрь которых поток жидкости не попадает. Аналогичное явление имеет место в случаях даже гораздо более интенсивного взаимодействия твердой и жидкой фаз.

Одновременно начинает сказываться тормозящее влияние устройства для выгрузки твердой фазы. Удельная нагрузка в этой зоне увеличивается, что ухудшает гидродинамические условия процесса экстракции.

Увеличение размера частиц в колонном аппарате, как и в других типах экстракторов, приводит к улучшению массообмена между частицами и экстрагентом.

Повышение соотношения расхода масс на большей части высоты аппарата ухудшает массообмен, так как под влиянием возрастающего потока жидкости частицы прижимаются с большей силой к транспортному органу, их слой уплотняется, что приводит к ухудшению гидродинамических условий в слое, уменьшению активной поверхности частиц.

Несколько разновидностей одноколонных экстракторов, предназначенных главным образом для переработки мелкораздробленных (порошковых) материалов, имеющих плотность, существенно отличную ют плотности экстрагента, по конструкции приближается к колонным аппаратам для экстракции в системе жидкость—жидкость. Основным контактным устройством таких экстракторов являются тарелки. Экстракторы данного типа, как и жидкостные, могут иметь перемешивающие, вибрационные и


Разновидности и принцип действия экстракторов

пульсирующие устройства. Из многообразных конструкций многоколонных аппаратов в промышленности получили распространение двухколонный аппарат с шнековым транспортным органом, двухколонный аппарат с цепным транспортным органом, трехколонный аппарат со шнековыми транспортерами, многоколонный вертикальный аппарат с цепным транспортным органом.

В каждой из трех колонн вертикального шнекового экстрактора (рис. 6.9) — загрузочной 1, горизонтальной 2 и экстракционной 3 — находятся шнеки. Шнек 4 загрузочной колонны и шнек 5 экстракционной колонны подвешены с помощью вала на упорных подшипниках. В верхней части загрузочной колонны имеется цилиндрическое сито 6 для отделения экстракта, уходящего из аппарата, от твердых частиц.

Экстракторы этого типа получили распространение в химической, фармацевтической и пищевой промышленности.

Достоинствами вертикального шнекового экстрактора являются небольшие площадь и объем здания, занимаемого аппаратом, малая металлоемкость, хорошее использование всего объема аппарата, относительная простота конструкции и легкость обслуживания, а недостатками — сильное дробление материала, запрессовка некоторых видов сырья (особенно, растительного), закручивание твердого материала вместе со шнеками.

Интенсивность массообмена по длине аппарата значительно изменяется (рис. 6.10) и имеет следующие особенности: в загрузочной (А) колонне экстрактора коэффициент массоотдачи убывает, в горизонтальной (В) — несколько увеличивается, а в экстракционной (В) после незначительного убывания резко возрастает. Такой характер изменения коэффициента массоотдачи по высоте экстрактора объясняется следующим образом. В начале загрузочной колонны экстрагент имеет наибольшую концентрацию и соответственно большую вязкость. По направлению к горизонтальной колонне концентрация экстрагента уменьшается, что создает условия для увеличения коэффициента массоотдачи. Однако разрушаемость частиц, взаимная блокировка поверхности частицами ведет к ухудшению условий омывания их жидкостью.

Увеличение значений коэффициента массоотдачи в горизонтальной колонне также можно объяснить повышением относительной скорости движения экстракционной жидкости в этой части аппарата.

При переходе частиц из горизонтальной колонны в экстракционную величина коэффициента массоотдачи уменьшается, затем она увеличивается в экстракционной колонне.

В заключение отметим, что массообмен в аппаратах этого типа протекает недостаточно эффективно.


Разновидности и принцип действия экстракторов


Двухколонный аппарат с цепным транспортным органом (рис. 6.11) имеет в нижней части переходной округленный участок /, соединяющий вертикальные колонны 2. Все части корпуса в сечении представляют собой прямоугольник. Внутри корпуса по направляющим движутся две роликовые цепи S, к которым прикреплены на определенном расстоянии (0,5—0,6 м) прямоугольные рамки,4 с натянутыми на них цепями. Цепи приводятся в движение барабаном 5 от привода, имеющего электродвигатель.

Частицы твердого, материала располагаются между рамками, поэтому при движении они не деформируются. В этом большое достоинство аппарата. В вертикальной загрузочной колонне условия процесса особенно благоприятны, так как слой частиц на рамке расположен равномерно. Однако при прохождении через дуговую часть корпуса, материал смещается относительно рамки, что дает возможность экстрагенту проходить над слоем твердых частиц. Неравномерное распределение материала остается на рамках и в экртракционной колонне, поэтому жидкость проходит в той части, где слой материала меньше, а основная масса его омывается экстр-агентом гораздо хуже.

В результате этого массообменные характеристики аппарата весьма похожи на показанные выше характеристики для трехколонного шнекового аппарата.


Разновидности и принцип действия экстракторов


Многоколонные аппараты с цепным транспортным органом 2 -(рис. 6.12) во многом аналогичны двухколонным с цепным транспортным органом. Твердые частицы небольшими слоями лежат на сетках 1, что создает благоприятные условия для осуществления противотока, при этом частицы не подвергаются разрушению. Легко осуществлять заданный температурный режим по аппарату, так как малое сечение аппарата позволяет хорошо его нагреть через стенки корпуса. Однако такие аппараты сложны в эксплуатации, занимают большой объем и площади помещений по сравнению с одноколонными. Кроме того, после перехода из одной колонны в другую равномерность расположения слоя части на сетке меняется, что несколько нарушает гидродинамический режим взаимодействия жидкой и твердой фаз.

Особенно высокие значения коэффициента массоотдачи в первой вертикальной колонне. Действительно, на этом участке создаются наиболее благоприятные гидродинамические условия процесса — частицы равномерно заполняют межситовые пространства. Равномерное движение экстрагента в этой колонне способствует хорошему отводу тепла от греющей поверхности и быстрому нагреванию всей массы вещества в колонне.

В других вертикальных участках аппарата коэффициент массоотдачи хотя и выше, чем на смежных, но значительно ниже, чем в первой колонне. Связано это главным образом с тем, что во все последующие вертикальные участки частицы поступают после сжатия и смещения в переходных коленах. Следовательно, в этих вертикальных участках частицы расположены на сетках неравномерно и омываются экстрагентом значительно хуже, чем в первой колонне.

Ротационные аппараты бывают в основном двух видов: аппараты, корпус которых вращается вокруг горизонтальной оси — барабанного типа и аппараты, корпус которых вращается вокруг вертикальной оси— карусельного типа.


Разновидности и принцип действия экстракторов

Разновидности и принцип действия экстракторов

Рис. 6.15. Ротационный аппарат с вертикальной осью вращения (оросительный):

1 — корпус; 2 — ротор; 3 — ороситель; 4 — перегородка; 5 — лоток; 6 — выгрузная шахта; 7 — днище (сплошное, неподвижное).


Ротационные аппараты барабанного типа (рис. 6.14) имеют цилиндрический корпус, вращающийся на катках. Внутренняя полость аппарата по всей его длине разделена по диаметру дырчатой перегородкой 2 (рис. 6.14, а). На внутренней поверхности корпуса расположены винтовые перегородки 2, не доходящие до центра аппарата. В центральной части аппарата находятся наклонные перегородки 3 (рис. 6.14, б), соединяющие между собой винтовые перегородки соседних витков. Аппарат заполнен смесью частиц и жидкостью только до уровня наклонных перегородок (примерно 1/4—1/3 объема). При вращении барабана экстрагент, находящийся всегда в нижней части аппарата между сплошными винтовыми витками, перемещается вдоль аппарата, а твердые частицы увлекаются дырчатой перегородкой 2, отделяются на ней от жидкости и после определенного угла поворота барабана по наклонным перегородкам 3 сползают в полость между соседними витками и, таким образом, перемещаются по аппарату в противоположном направлении.

Процесс экстрагирования в каждом промежутке между витками (камере) протекает прямоточно, а переход между камерами осуществляется по принципу противотока, т. е. имеет место комбинированный процесс. Транспортная система аппарата проста, и деформация твердых частиц не происходит.

Главным недостатком аппаратов этого типа является очень низкий коэффициент использования объема и трудность поддержания необходимого температурного режима по его длине.

В аппаратах ротационного типа коэффициент массоотдачи с увеличением размера частиц возрастает более значительно, чем в аппаратах других типов. Это связано с особенностями процесса в ротационных аппаратах, где масса частиц разделена на независимые слои, не сжимаемые общим потоком жидкости. Пористость такого слоя в большей степени зависит от размера частиц.

Увеличение соотношения расхода масс твердых частиц и экстрагента не приводит к сильному сжатию частиц, так как масса частиц разделена на независимые слои, поэтому обнаружена прямая пропорциональность между соотношением расхода масс и коэффициентом массоотдачи.

Ротационные экстракторы карусельного типа выполнены в виде цилиндра, высота которого примерно вдвое меньше диаметра. Вращающийся в корпусе ротор разделен радиальными перегородками на 12—18 секций. Днище либо является сетчатым и вращается вместе с ротором, тогда каждый сектор днища присоединяется к ротору на шарнирах и может в нужный момент откидываться для выгрузки твердых частиц, либо днище неподвижное сплошное и имеет окно для выгрузки. В последнем случае (рис. 6.15) обод и перегородки ротора плотно прижаты к днищу и при вращении ротора трутся о днище (так же, как и нижний слой частиц, загружающих каждую секцию). Под каждым сектором имеется сборник экстрагента и насос, откачивающий жидкость из данного сектора, над сектором —

орошающее устройство. Собранная под сектором жидкость направляется насосом на орошение соседнего сектора (в направлении, противоположном вращению ротора). Таким образом, достигается противоток между твердыми частицами и экстрагентом. Следовательно, карусельный экстрактор является одновременно и оросительным.

Главными достоинствами карусельных экстракторов являются: соблюдение противотока между фазами, весьма малая степень разрушения частиц в процессе экстрагирования хорошее использование объема аппарата, относительная простота конструкции. Недостаток этих экстракторов — неравномерность процесса, так как в условиях неподвижного слоя жидкость не одинаково проникает в поры по всему объему материала и в процессе участвует не вся действительная поверхность частиц. При орошении * жидкость движется в слое с малой скоростью. Это тоже отрицательно влияет на массообмен. Наконец, процесс в таких аппаратах не является строго непрерывным, поскольку пока идет выгрузка материала из одной секции и загрузка в другую (иногда стекания жидкости из третьей) ротор находится в неподвижном положении.

Протекающий в аппарате этого типа процесс в известной мере приближается к процессу в батарейных аппаратах, однако экстрактор намного компактнее батарейного.

Оросительные экстракторы относятся к типу аппаратов, в которых не вся масса твердых частиц находится в постоянном контакте с жидкостью. Однако это не должно рассматриваться как недостаток, так как жидкость, движущаяся по поверхности твердого тела в виде пленки, в большей мере интенсифицирует процесс на границе раздела фаз, чем сплошная среда.

Главным недостатком этого способа взаимодействия жидкости и твердых частиц является то, что на протяжении определенного участка длины аппарата жидкость имеет одинаковую концентрацию, что приводит к известному нарушению принципа противотока.

В случае большого количества таких участков и небольшой длины каждого из них процесс может рассматриваться как комбинированный (полное смешение на каждой ступени и противоток при переходе от ступени к ступени) либо с большим приближением как чисто противоточный.

По конструктивному принципу оросительные аппараты делятся на ленточные, ковшовые и шнековые. В свою очередь ковшовые аппараты разделяются на вертикальные и горизонтальные.

Ленточный экстрактор (рис. 6.16) имеет стальной корпус 1. Внутри корпуса расположен ленточный транспортер 4, пластины которого прикреплены к двум цепям, приводящимся в движение звездочками 3. Пластины имеют ребра жесткости, на которые укладываются перфорированные листы.


Разновидности и принцип действия экстракторов


Материал, поступающий в аппарат через бункер 2, движется слоем высотой 0,6—1,2 м по верхней ветви транспортера. Над слоем материала расположены распылители 7, обеспечивающие равномерное распределение растворителя над слоем материала. Под лентой установлены воронки б, в которые попадает мисцелла после того, как она прошла через слой материала. Число воронок равно числу ступеней экстрагирования. Из каждой воронки жидкость попадает в соответствующий центробежный насос 6, который подает экстрагент в определенный распылитель. При этом жидкость обычно направляется не на тот участок, под которым она собрана, а на смежный, расположенный в направлении, противоположном движению ленты, вследствие чего обеспечивается переход жидкости от ступени к ступени по принципу противотока. Частицы лежат небольшим слоем и мало деформируются. Процесс в аппарате протекает по сложной схеме: поперечный ток на каждом участке (в сущности, процесс, полного смешения) и противоток при переходе от участка к участку. Конструкция — сложная, металлоемкая, не обеспечивающая хорошего использования объема аппарата. Ремонт и обслуживание аппарата трудоемки.

Вертикальный ковшовый экстрактор (рис. 6.17) имеет стальной корпус 7, в верхней части которого расположен дозатор твердого материала 2. Внутри корпуса расположена бесконечная цепь, одетая на звездочки 3. К цепи прикреплены ковши 4 с твердым материалом для экстрагирования. С торцевых сторон ковша имеются карманы, в которые подается чистый растворитель 5 или экстрагент 6.


Разновидности и принцип действия экстракторов

Карманы соединены между собой трубками с отверстиями, через которые подаваемые форсунками жидкости поступают на орошение материала в расположенные ниже ковши. Днище ковша представляет собой рамку с густой проволочной сеткой, расположенную над оросительными трубками.

В верхней части транспортера имеется специальный опрокидывающий механизм, который переворачивает и стряхивает ковш над бункером для приемки шрота.

Материал загружается сверху, в верхний ковш спускающегося ряда и орошается с помощью форсунок и трубок в ковше растворителем, частично обогащенным экстрагирующим веществом, после прохождения через поднимающийся ряд ковшей. Проходя через частицы в ковше и дырчатое дно, экстрагент поступает в следующий ковш. Таким образом, в опускающемся ряду ковшей имеет место прямоточный процесс. Верхние ковши поднимающегося ряда орошаются таким же образом, как и опускающийся ряд, но чистым растворителем; следовательно, в этом ряду имеет место противоточный процесс. Жидкость, прошедшая через последний ковш этого ряда, собирается на дне аппарата и направляется в верхний ковш опускающегося ряда.

Горизонтальные ковшовые экстракторы работают по тому же принципу, что и ленточные: группа ковшей одновременно орошается жидкостью, которая собирается под ковшами и направляется на орошение соседней группы ковшей, расположенной в направлении, противоположном движению транспортера.

В отличие от ленточного экстрактора, в ковшовом горизонтальном экстракторе используются обе его ветви.

Хотя ковшовые экстракторы и более производительны, чем ленточные, они обладают теми же недостатками: нарушение противотока, большие габариты, плохое использование объема аппарата.

Разновидности и принцип действия экстракторов


Оросительный экстрактор с шнековым транспортным органом (рис. 6.18) значительно менее металлоемок, чем рассмотренные выше

оросительные экстракторы. Двухшнековый наклонный аппарат (рис. 6.19) представляет собой корытообразный наклонно установленный корпус с рубашками на внешней поверхности для обогрева паром. Внутри корпуса*имеющего в поперечном сечении сообразную форму, расположены два вращающиеся навстречу друг другу шнека, опирающиеся на ряд равномерно расположенных по длине аппарата подшипников, они частично заходят один в другой, чем предотвращается вращение частиц вместе со шнеками. Перед нижней торцевой стенкой аппарата находится сито, которое вместе со стенкой образует камеру для отделения экстрагента. Сито очищается вращающимися скребками. Над головной частью аппарата находится приемный бункер, одна из стенок которого является продолжением нижней торцевой стенки аппарата. Шнеки приводятся во вращение двумя специальными приводами, установленными у нижней и верхней торцевых стенок аппарата. Для удаления частиц из аппарата в верхней его части имеется колесо с черпаками. Растворитель подается в аппарат специальными поворотными патрубками с соплами в верхней части аппарата над последними витками шнеков.

Двухшнековые аппараты по характеру перемешивания фаз, возможностям продольного перемешивания и типу интегральной

кривой выхода твердых частиц из аппарата наиболее близки к экстракторам колонного типа.

Главная из этих конструктивных особенностей состоит в том, что аппарат разделен на пять однотипных секций,

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: