Тимонин А.С. - Инж-эко справочник т 2 (1044949), страница 112
Текст из файла (страница 112)
При этом структура потока сплошной фазы приближается к полному псремешиванию. Поэтому эффективность распыли- тельных экстракторов обычно не превышает одной-двух теоретических ступеней. Усовершенствованные конструкции распылительных колонн снабжены поперечными перегородками, направляющими поток дисперсной фазы в чередующейся последовательности — от одной стенки к другой или от центра к стенке и обратно, Благодаря устранению при 571 Глава 2.
Оборудование для физико-химических методов очистки этом циркуляции сплошной фазы и приближению течения фаз к прогивоточному эффективность таких колонн повышается, хотя полносгью избежать поперечной неравномерности потока все же не удается. Снижение гидродинамических неоднородностей достигается также путем заполнения колонны насадкой. Насадочные экстракторы по простоте конструкции стоят вслед за распылительными. В рабочей зоне 2 экстрактора (область колонны между двумя концевыми сепарационными зонами) на опорных решетках б располагаются слои насадки 7 (рис. 2.55, б). Материал насадки должен предпочтительно смачиваться сплошной фазой; в противном случае вместо потока капель дисперсной фазы может возникнуть пленочное ее течение по насадке, и поверхность контакта фаз будет ограничена геометрической поверхностью насадки.
Размещение насадки в виде отдельных слоев 7 с безнасадочными промежутками 8 между ними способствует уменьшению поперечной неравномерности в потоке сплошной фазы за счет выравнивания в этих промежутках потоков и концентраций вещества по сечению колонны. Снижение отрицательного влияния продольного перемешивания наблюдается также при использовании эффективных конструкций диспергаторов (распылителей) 1, создающих равномерное первоначальное распределение дисперсной фазы по сечению колонны. Для этой же цели в экстракторе размещают распределители 9 сплошной, а также перераспределители дисперсной фаз.
572 Эффективность массообмена в насадочных экстракторах выше, чем в распылительных, однако их удельная производительность ниже. 2.4.2. Зкстракторы с подводом внешней энергии Эту группу аппаратов разделяют на три основные подгруппы— все они нашли применение в промышленности: — колонны с вращающимися мешалками; — пульсационные колонны и колонны с вибрирующими перфорированными тарелками; — центробежные экстракторы. Общим для аппаратов данной группы является непрерывный (без промежуточных зон расслаивания) противоточный контакт фаз и интенсификация массообмена путем подвода извне механической энергии. Интенсификация массопсреноса достигается в основном благодаря росту поверхности контакта фаз из-за уменьшения размера капель. Из различных вариантов колонн с вращающимися элементами наибольшее распространение нашли роторно-дисковые экстракторы (РДЭ). В них (рис.
2.57) внутри цилиндрического корпуса 1 па равном расстоянии неподвижно установлены кольцевые перегородки 2. По оси колонны проходит вертикальный вал 3 с горизонтальными дисками 4 — ротор аппарата. Диски ротора обычно располагаются в середине секций, образованных двумя соседними кольцами 2. К рабочей зоне экстрактора сверху и снизу примыкают отстойные (сепарационные) зоны, диаметр которых равен диаметру рабочей части (или больше его), Часть И1.
Основное оборудование для очистки сточных вод Рис,2.57. Роторно-дисковый экстрактср (РДЭ); 1 — корпус; 2 — кольпевые перегородки; 3— вал; 4 — диски; 5 — распределитель (барбо- тср) дисперсиой фазы Дисперсная фаза через распределитель (обычно кольцевой барботер 5) подается с одного конца в рабочую зону колонны; с другого конца поступает сплошная фаза. Дисперсная фаза, двигаясь по колонне противоточно к сплошной, дробится вращаюшимися дисками ротора на мелкие капли и, пройдя через всю рабочую зону, коалесцирует на поверхности раздела фаз в соответствующей отстойной зоне.
Роторно-дисковая колонна фактически представляет собой каскад нечетко разделенных контактных ступеней, через которые противо- током движугся потоки рафината и экстракта в виде сплошной и дисперсной фаз. Интенсивное перемешивание дисками создает в каждой секции (ступени) режим, близкий к идеальному персмешиванию для сплошной фазы, так что аппарат может рассматриваться как каскад ячеек полного перемешивания (или идеальных ступеней), между которыми происходит цир- куляционное обратное перемешивание.
Интенсивность межсекционной циркуляции, вызванной работой врашаюшихся дисков, возрастает пропорционально доле свободного сечения секционирующих колец. Поэтому с уменьшением последней снижается и продольное перемешивание; однако при этом, естественно, снижается и производительность экстрактора. В промышленности нашли применение как усовершенствованные конструкции РДЭ (многороторные экстракторы, колонна с асимметрично расположенным ротором), так и другие типы секционированных колонн, различающихся в основном устройством вращающихся элементов (открытые турбинные мешалки, лопастные капсулированные и др.).
Эти колонны изготавливают до 3 м диаметром; высота их достигает 20 м (с ростом высоты заметно усложняется конструкция ротора). В пульсационной колонне — насадочной (рис. 2.58, в) или с ситчатыми тарелками (рис. 2.58, 6)— на потоки жидкостей с помоцгью пневматического или поршневого пульсатора 2, находящегося вне экстрактора, накладывается возвратно-поступательное движение, обеспечивающее тонкое дробление капель и интенсивный контакт фаз. В мировой практике применяются ситчатые пульсационные колонны диаметром до 3 м и насадочные диаметром до 2 м.
Отличительная особенность этих аппаратов — отсутствие движущихся внутренних деталей обусловливает специфические области их применения: когда требуется полная герметизация 573 Глава 2. Оборудование для физико-химических методов очисмки о б 574 оборудования и недопустим контакт обслуживающего персонала с обрабатываемыми жидкостями (радиоактивные и ядовитые растворы). К недостаткам пульсационных колонн можно отнести динамические нагрузки на днище и высокие энергозатраты. Наиболее прогрессивным типом колонных экстракторов с внешним подводом энергии на настоящий момент являются колонны с вибрирующими перфорированными тарелками.
Они экономичнее пульсационных экстракторов по энерго- затратам; в них, в отличие от пульсационных аппаратов, колебательное движение совершает пакет (или пакеты) перфорированных тарелок, а не столб жидкости. Если учесть, что в аппаратах промышленных размеров вес столба жидкости на порядок больше веса пакета тарелок, то станет очевидным, что инерционные нагрузки в вибрационном экстракторе значительно меньше, нежели в пульсационном. (Разработаны и применяются в промышленности более сложные конструкции пульсационных и вибрационных Рис.
2.58, Пульсационные колонны: а — насааочная; б — снтчатая; 1 — ко- лонна; 2 — пульсатор; ЛФ вЂ” легкая фаза; ТФ вЂ” тяжелая фаза колонн с пониженными (компенсируемыми) инерционными нагрузками,) Еще одно важное преимущество экстракторов с вибрирующими тарелками (по сравнению с остальными типами колонн с внешним подводом энергии) — сочетание высокой производительности и массообменной эффективности. Производительность противоточных колонн лимитируется размером капель дисперсной фазы и свободным сечением секционирующих (поперечных) перегородок. При одинаковом размере капель производительность вибрационных экстракторов примерно вдвое превышает производительность колонн типа РДЭ.
Секционирующие кольца занимают примерно половину сечения РДЭ; отсюда можно сделать вывод, что колеблющиеся в вертикальном направлении перфорированные тарелки в отличие от неподвижных не тормозят движение капель дисперсной фазы. При равной эффективности механического перемешивания (одинаковом подводе внешней энергии) Часть И1. Основное оборудование для очистки сточных вод эффективный коэффициент продольного псрсмешивания в потоках фаз Е, практически одинаков в обоих тийах колонн (РДЭ и виброэкстракторе). Однако при оцснке влияния продольного перемешивания на эффективность массообменного процесса следует оперировать не самим коэффициентом Е, а его отношением к средней скорости потока соответствующей фазы. (Эти отношения можно рассматривать упрощенно, как диффузионные добавки на продольное перемешивание в фазах в эффективную высоту единицы переноса.) В соответствии с изложенным выше степень продольного перемсшивания для вибрациониого экстрактора примерно вдвое ниже, чем для колонны типа РДЭ того же диаметра.
Именно поэтому наряду с высокой производительностью промышленные виброэкстракторы обладают также более высокой по сравнснию с РДЭ массообменной эффективностью. На рис. 2.59 изображен типичный колонный экстрактор с вибрирующими тарелками. Цилиндрический корпус 1 представляет собой рабочую зону, Она соединена с верхним отстойником 2, имеющим распределитель 3 тяжелой фазы (кольцевой барботер) и перелив 5 для вывода скоалесцировавшей легкой диспергируемой фазы. Нижняя часть экстрактора состоит из отстойника б со штуцером вывода тяжелой фазы 7 и распределителем легкой фазы 8.
В рабочей зоне 1 размещен пакет (в промышленных аппаратах — пакеты) перфорированных тарелок 9, жестко закрепленных на штанге 10, которая соединена посредством шатунно-кривошипно- го механизма с приводом 4, обеспечивающим возвратно-поступательное (ввсрх-вниз) движенис штанги с тарелками.
Амплитуду колебаний регулируют изменением эксцентриситста кривошипа, частоту — изменением числа его оборотов. Тарелки 9 могут иметь круглые (мелкие или крупные) либо пря- Рис. 2.58. Колонна с вибрирующими тарелками: 1 — корпус, 2 — верхний отстойник; 3— распределитель ТФ; 4 — привод с шатуннокривошипным механизмом; 5 — перелив для вывода скоалеснировавшсй легкой диспсрсной Фазы; 6 — нижний отстойник; 7 — вывод ТФ; 8 — распределитель ЛФ; У вЂ” перфорированные тарелки; 10 — штанга 575 Глава Л Оборудование длл физико-химических методов очистки Тф Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
