Способ массообмена между потоками двух жидкостей
Владельцы патента RU 2342969:
Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) (RU)
Изобретение относится к области процессов разделения веществ методами жидкостной экстракции и может быть использовано в химической, гидрометаллургической, фармацевтической и других отраслях промышленности. В камеру 1 подают по линии 3 поток первой жидкости, фазы рафината, а в камеру 2 по линии 4 подают поток второй жидкости, фазы экстракта. За счет энергии потоков обеспечивают поступление в камеры 1 и 2 обменной среды, экстрагента, из отстойников 5 и 6 через линии 7 и 8. При этом в случае, когда плотность обменной среды ниже плотностей фаз рафината и экстракта, организуют нисходящий прямоток фаз в камерах, в которых легкие капли обменной среды увлекаются вниз потоками сплошной фазы - фаз рафината и экстракта, соответственно. Двигаясь вместе с потоком сплошной фазы, капли обменной среды одновременно совершают противонаправленное относительно сплошной фазы движение. Изобретение позволяет упростить массообмен между потоками двух жидкостей и повысить производительность. 2 ил.
Изобретение относится к области процессов разделения веществ методами жидкостной экстракции, в частности к способам проведения процессов трехфазной экстракции, и может быть использовано в химической, гидрометаллургической, микробиологической, фармацевтической и других отраслях промышленности для извлечения, разделения, очистки и концентрирования веществ.
Известны способы массообмена между двумя жидкими фазами через обменную среду в двух соединенных друг с другом камерах, при котором извлекаемое вещество переносят обменной средой из отдающей фазы в принимающую фазу. Камеры заполняют жидкой обменной средой, через которую пропускают дисперсные потоки фаз рафината (отдающей фазы) и экстракта (принимающей фазы). (Бояджиев Л. Трехфазная жидкостная экстракция - жидкие мембраны. Теоретические основы химической технологии. - 1984, т.18, N 5, с.736-738).
Известны также способы массообмена между двумя жидкими фазами в трехфазных экстракторах, содержащих соединенные между собой камеры экстракции и реэкстракции. Трехфазный экстрактор заполняют экстрагентом, который служит сплошной фазой, через которую в соответствующих камерах пропускают в виде потока капель фазы рафината и экстракта. При этом за счет разности плотностей образующихся в камерах эмульсий организуют циркуляцию экстрагента между камерами и перенос вещества из фазы рафината в фазу экстракта. В этих экстракционных процессах экстрагент играет роль обменной среды или жидкой мембраны. Такие процессы известны также под названием трехфазной или многофазной экстракции (патенты РФ: 2080162, опуб. 1997.05.27; 2178326, опуб. 2002.01.20; 2203123, опуб. 2003.04.27; 2222368, опуб. 2004.01.27; Костанян А.Е., Белова В.В. Химическая технология. 2004. №5. С.25-30).
Недостатком всех вышеперечисленных известных способов массообмена между потоками двух жидкостей через обменную среду является низкая эффективность процесса, обусловленная малым временем контактирования дисперсных потоков фаз рафината и экстракта с обменной средой.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ массообмена между потоками двух жидкостей через обменную среду в двух соединенных друг с другом камерах, при котором обменную среду в первой камере приводят в контакт с первой жидкостью, а во второй камере со второй жидкостью путем диспергирования ее в этих жидкостях, и извлекаемое вещество переносят циркулирующей между камерами обменной средой из первой жидкости во вторую. При этом первую камеру заполняют отдающей фазой (фазой рафината), а вторую - принимающей фазой (фазой экстракта) и обменную среду прокачивают через камеры в виде потока капель в противотоке со сплошной фазой (заявка РФ 99123434/12, БИПМ №2, 20.01.2002).
Недостатком известного способа является его сложность, связанная с необходимостью применения насосов для прокачки обменной среды через камеры и циркуляции ее между камерами. Кроме того, организация противоточного движения потоков фаз в камерах по известному способу, хотя и увеличивает движущую силу массопередачи, при этом снижается производительность процесса разделения.
Изобретение направлено на упрощение способа массообмена между потоками двух жидкостей и повышение его производительности.
Технический результат достигается тем, что в известном способе массообмена между потоками двух жидкостей через обменную среду в двух соединенных друг с другом камерах, при котором обменную среду в первой камере приводят в контакт с первой жидкостью, а во второй камере со второй жидкостью путем диспергирования ее в обеих жидкостях, и извлекаемое вещество переносят циркулирующей между камерами обменной средой из первой жидкости во вторую, в камерах организуют прямоток фаз: нисходящий - когда плотность обменной среды ниже и восходящий - когда плотность обменной среды выше плотности жидкостей, создавая противонаправленное относительно сплошной фазы движение капель, и при этом циркуляцию обменной среды осуществляют за счет разрежения, возникающего в нисходящих или восходящих потоках фаз рафината и экстракта в камерах.
Нами было обнаружено, что, используя разрежение, возникающее в потоках фаз рафината и экстракта в камерах, для циркуляции обменной среды и организовав в зависимости от плотности контактирующих фаз - нисходящий или восходящий прямоток фаз в камерах с противонаправленным относительно сплошной фазы движением капель, можно значительно упростить технологическое оформление способа массообмена между потоками двух жидкостей и повысить ее производительность.
Описание иллюстрируется следующими примерами и технологическими вариантами предложенного способа массообмена между потоками двух жидкостей:
Фиг.1 - технологическая схема способа, когда контактирование фаз проводят в режиме нисходящего прямоточного движения фаз в камерах.
Фиг.2 - технологическая схема способа, когда контактирование фаз проводят в режиме восходящего прямоточного движения фаз в камерах.
На фиг.1 представлен вариант реализации способа, когда плотность обменной среды ниже плотностей отдающей и принимающей фаз.
На фиг.2 показан вариант способа массообмена между потоками двух жидкостей, когда плотность обменной среды выше плотностей фаз рафината и экстракта.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом:
В камеры 1 и 2, выполненные в форме вертикальных цилиндрических труб, подают: по линии 3 - поток первой жидкости (фазы рафината) в камеру 1, а по линии 4 - поток второй жидкости (фазы экстракта) в камеру 2. За счет разрежения в потоках обеспечивают поступление в камеры 1 и 2 обменной среды (экстрагента) из отстойников 5 и 6 через линии 7 и 8. При этом в случае, когда плотность обменной среды ниже плотностей фаз рафината и экстракта, организуют нисходящий прямоток фаз в камерах, в которых легкие капли обменной среды увлекаются вниз потоками сплошной фазы - фаз рафината и экстракта, соответственно (фиг.1). В случае, когда плотность обменной среды выше плотностей фаз рафината и экстракта, организуют восходящий прямоток фаз в камерах, и тяжелые капли обменной среды увлекаются вверх сплошными потоками фаз рафината и экстракта (фиг.2). В обоих случаях, двигаясь вместе с потоком сплошной фазы, капли обменной среды одновременно совершают противонаправленное относительно сплошной фазы движение: всплывают в случае нисходящего прямотока (фиг.1) и опускаются в случае восходящего прямотока (фиг.2). Благодаря такому относительному движению капель увеличивается поверхность и время контакта фаз, а следовательно, и эффективность процесса массообмена. Выходящие из камер 1 и 2 эмульсии направляют по линиям 9 и 10 в отстойники 5 и 6, где осуществляют разделение фаз. Из отстойников 5 и 6 по линиям 11 и 12 выводят рафинат и экстракт.
При описанной организации движения потоков согласно предложенному способу отпадает необходимость использования насосов для прокачивания обменной среды через камеры 1 и 2, поскольку она засасывается из отстойников 5 и 6 в камеры благодаря разрежению, возникающему в нисходящих или восходящих потоках фаз рафината и экстракта в камерах. Кроме того, как нами было обнаружено, противонаправленное относительно сплошной фазы движение капель обменной среды в камерах способствует коалесценции капель на выходе потоков из камер, что улучшает работу отстойников и повышает производительность способа.
Способ массообмена между потоками двух жидкостей через обменную среду в двух соединенных друг с другом камерах, при котором обменную среду в первой камере приводят в контакт с первой жидкостью, а во второй камере - со второй жидкостью путем диспергирования ее в обеих жидкостях, и извлекаемое вещество переносят циркулирующей между камерами обменной средой из первой жидкости во вторую, отличающийся тем, что в камерах организуют прямоток фаз: нисходящий - когда плотность обменной среды ниже, и восходящий - когда плотность обменной среды выше плотности жидкостей, создавая противонаправленное относительно сплошной фазы движение капель, и при этом циркуляцию обменной среды осуществляют за счет разрежения, возникающего в нисходящих или восходящих потоках фаз рафината и экстракта в камерах.
