аппарат для гравитационного разделения смесей и экстрактивной очистки тяжелой фазы

Формула изобретения

1. Аппарат для гравитационного разделения смесей и экстрактивной очистки тяжелой фазы, содержащий корпус, входной и выходные патрубки, встроенную бескрышечную камеру для экстракции, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде сочлененных полых горизонтального и вертикального цилиндров с расположением второго под первым со смещением в сторону, противоположную той, на которой находится входной патрубок, причем верхняя часть камеры для экстракции расположена выше уровня жидкости в аппарате, устройства для ввода тяжелой фазы и экстрагента расположены соответственно в верхней и нижней частях камеры, а устройство для вывода экстракта - в верхней части камеры.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что камера для экстракции может быть со слоем насадочных элементов.

3. Аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что камера для экстракции имеет форму цилиндра.

4. Аппарат по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что корпус снабжен отбойником, установленным напротив входного патрубка.

5. Аппарат по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что выходные патрубки для жидких фаз снабжены продольными пластинами, установленными на входе в них.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к конструкциям комбинированных аппаратов для разделения смесей и может быть использовано в химической и смежных отраслях промышленности, в частности, в производстве уксусной кислоты для уменьшения ее потерь.

Известен отстойник, который содержит корпус в виде вертикального полого цилиндра, входной и выходные патрубки (Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки. Справочник. /Под ред. Е.Н.Судакова. - М.: Химия, 1979, с.494, рис. VIII-2в).

Недостатком известного устройства является малая площадь осаждения, что отрицательно сказывается на его производительности и делает невозможной очистку тяжелой фазы от того или иного компонента при ее многокомпонентном составе.

Известен также отстойник, содержащий корпус в виде горизонтального полого цилиндра, входной и выходные патрубки. (Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки. Справочник. /Под ред. Е.Н.Судакова. М. “Химия”. 1979, с.494, рис. VIII-2a).

Недостатком известного устройства является малая высота слоев отстоявшихся легкой или тяжелой фаз при малом количестве той или другой, что обусловливает эксплуатационные трудности, связанные с выводом фаз и невозможностью очистки тяжелой фазы от того или иного компонента при ее многокомпонентном составе.

Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство для гравитационного разделения смеси и экстрактивной очистки тяжелой фазы, содержащее корпус, входные и выходные патрубки, причем в корпус встроена смесительная камера без крышки, используемая для экстракции (Ягодин Г.А. Основы жидкостной экстракции. - М.: Химия, 1981, с.284-286).

Недостатками известного устройства являются

- невозможность осуществления больше одной ступени изменения концентрации при экстракции, потому что исходные вещества поступают в аппарат прямотоком, а не противотоком;

- сложность конструкции, потому что необходимо установить электродвигатель с приводом;

- расход электроэнергии.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования аппарата для гравитационного разделения смесей и экстрактивной очистки тяжелой фазы, в котором, благодаря установке экстракционной камеры выше уровня жидкости, а также оригинальной конструкции аппарата осуществляется разделение многофазных многокомпонентных смесей и экстрактивная очистка тяжелой фазы.

Поставленная задача решается тем, что в аппарате для гравитационного разделения смесей и экстрактивной очистки тяжелой фазы, содержащем корпус, входной и выходные патрубки, встроенную бескрышечную камеру для экстракции, согласно изобретению, корпус выполнен в виде сочлененных полых горизонтального и вертикального цилиндров с расположением второго под первым со смещением в сторону, противоположную той, на которой находится входной патрубок, причем верхняя часть камеры для экстракции расположена выше уровня жидкости в аппарате, устройства для ввода тяжелой фазы и экстрагента расположены соответственно в верхней и нижней частях камеры, а устройства для их вывода расположены соответственно в нижней и верхней частях камеры.

Камера для экстракции может быть полой или со слоем насадочных элементов.

Камера для экстракции имеет форму цилиндра или его части.

Корпус снабжен отбойником, установленным напротив входного патрубка.

Выходные патрубки для жидких фаз снабжены продольными пластинами, установленными на входе в них.

Встроенная в корпус в любом месте бескрышечная камера для экстракции позволяет осуществлять экстрактивную очистку всей тяжелой фазы или ее части от заданного компонента экстрагентом, входящим в состав легкой фазы.

Выполнение общей конфигурации аппарата в виде сочлененных полых цилиндров, а также установление камеры для экстракции выше уровня жидкости, в отличие от прототипа, позволяет увеличить высоту встроенной камеры и вместе с организацией противотока фаз обеспечить повышенную разделительную способность камеры, а установка неподвижного слоя насадки исключает необходимость перемешивания. Противоток фаз в экстракционной камере обеспечивается тем, что устройства для ввода тяжелой фазы и экстрагента расположены соответственно в верхней и нижней частях камеры для экстракции, а устройства для их вывода соответственно в ее нижней и верхней частях, причем устройством для вывода экстрагента служит открытый верхний торец камеры для экстракции.

Камера для экстракции может быть полой, с диспергатором на входе экстрагента, но для увеличения разделительной способности экстракционной камеры она оснащена слоем насадочных элементов, фиксируемым опорной и прижимной решетками.

Камера для экстракции может иметь любую форму, но форма цилиндра или его части имеет преимущество с точки зрения ее технологичности.

Отбойник, устанавливаемый напротив входного патрубка, служит для предотвращения или, как минимум, уменьшения возмущений, вносимых входящим потоком исходной смеси.

Для предотвращения возникновения эффекта воронкообразования целесообразно, чтобы выходные патрубки для жидких фаз были снабжены продольными пластинами, установленными на входе в них.

Техническая суть и принцип действия предлагаемого устройства поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез аппарата.

Аппарат содержит корпус в виде сочлененных полых горизонтального цилиндра 1 и вертикального цилиндра 2 с расположением второго под первым со смещением в сторону, противоположную той, на которой находится входной патрубок 3, отбойник 4, выходные патрубки 5, 6, 7 соответственно для газа (пара), легкой и тяжелой фаз с продольными пластинами 8, 9, встроенную в корпус бескрышечную камеру для экстракции 10, предпочтительно цилиндрической формы, с подводящими устройствами 11, 12 соответственно для тяжелой фазы и экстрагента и отводящими устройствами тяжелой фазы 13 и экстрагента 17, которым служит открытый верхний торец камеры 10, и насадочным слоем 14, зафиксированным опорной и прижимной решетками 15 и 16 соответственно.

Аппарат работает следующим образом.

Гетерогенная исходная смесь поступает на гравитационное разделение в горизонтальный цилиндр 1 через входной патрубок 3 в виде струи, наталкивается на гасящий ее скорость отбойник 4, обходит его и поступает в зону собственно расслоения жидкой смеси на легкую и тяжелую фазы, а выделившийся газ (пар) отводится через патрубок 5. Производительность и размеры аппарата согласованы таким образом, чтобы время пребывания смеси в зоне разделения было достаточным для ее расслоения на легкую и тяжелую фазы, равно как и высота слоя последней в вертикальном цилиндре 2 даже при ее малом количестве. Легкая и тяжелая фазы выводятся соответственно через патрубки 6 и 7, снабженные продольными пластинами 8 и 9 для исключения в местах вывода фаз эффекта воронкообразования. Для извлечения из выводимой из цикла части тяжелой фазы целевого компонента и его возвращения в технологический процесс вместе с легкой фазой, выводимый поток тяжелой фазы или его часть подают циркуляционным насосом (не показано) через устройство 11 в верхнюю часть экстракционной камеры 10, в нижнюю часть которой через устройство 12 подают экстрагент, входящий в состав легкой фазы. В насадочном слое 14, зафиксированном опорной и прижимной решетками 15 и 16, происходит процесс экстракции; экстракт через верхний торец 17 камеры 10 переливается и смешивается с легкой фазой, возвращаемой в технологический процесс, рафинат покидает экстракционную камеру 10 и аппарат через устройство 13.

Эксперименты с технологическими потоками производства уксусной кислоты дали следующие результаты. В предлагаемом аппарате после гравитационного разделения многофазной смеси и экстрактивной очистки 113 кг/ч тяжелой фазы с концентрацией уксусной кислоты 5,136 мас.% водой в количестве 90 кг/ч при одной теоретической ступени разделения в экстракционной камере, концентрация уксусной кислоты в рафинате составляет 0,460 мас.%. Если этот же поток тяжелой фазы подвергают экстрактивной очистке водой в количестве 50 кг/ч в экстракционной камере с тремя теоретическими ступенями разделения, то концентрация уксусной кислоты в рафинате составит 0,019 мас.%.

Благодаря изложенным отличиям аппарат для гравитационного разделения смесей и экстрактивной очистки тяжелой фазы, в сравнении с прототипом, позволяет осуществлять более глубокую экстрактивную очистку тяжелой фазы и устранить трудности эксплуатации, связанные с выводом фаз, даже при малом количестве тяжелой фазы.

Таким образом, заявляемый комбинированный аппарат эффективно решает поставленную задачу и рекомендуется к промышленному использованию, в частности, в производстве уксусной кислоты.