Odstředivý extraktor - Centrifugal extractor

Obr. 1. Odstředivý extraktor

Odstředivý extraktor -Také známý jako odstředivé stykače nebo prstencové odstředivé stykač -uses otáčení rotoru uvnitř odstředivky pro smíchání dvou nemísitelných kapalin mimo rotor a k oddělení kapaliny v oblasti gravitace uvnitř rotoru. Tímto způsobem odstředivý extraktor generuje kontinuální extrakci z jedné kapalné fáze (fermentační půda) do jiné kapalné fáze (organické rozpouštědlo).

Dějiny

Návrh a vývoj prstencového odstředivého extraktoru sledují různé laboratoře energetického oddělení již více než 40 let. Počáteční návrh prstencového odstředivého stykače byl proveden v Argonne National Laboratory modifikací lopatkového smíšeného designu na řece Savannah . Používá se v procesech extrakce rozpouštědel pro kovy cenné pro jaderný průmysl. Souhrn principů návrhu stykače a aplikací je obsažen v nedávné kompilaci.

Komercializace této technologie začala v roce 1990, kdy byl udělen patent na kontinuální separaci uhlovodíků z vody (Meikrantz, 1990). V minulých letech byla konstrukce centrifugy dále vylepšována a zvyšována na průtoky několika stovek litrů za minutu (Meikrantz et al. , 1997). Tyto stykače se používají jako součást zařízení na zpracování solného odpadu v lokalitě řeky Savannah pro implementaci procesu CSSX k těžbě radioaktivního cesia z tam uložených odpadů z cisteren.

Jednostupňový odstředivý extraktor

Obrázek 2. Pohled v řezu zobrazující dráhu toku příslušných kapalin

Do samostatných vstupů se přivádějí dvě nemísitelné kapaliny různé hustoty a rychle se mísí v prstencovém prostoru mezi dopřádacím rotorem a stacionárním pouzdrem. Smíšené fáze jsou směrovány směrem ke středu rotoru radiálními lopatkami v základně skříně. Když kapaliny vstupují do centrálního otvoru rotoru, jsou urychlovány směrem ke stěně. Smíšené fáze se rychle zrychlují na rychlost rotoru a oddělování začíná, když jsou kapaliny vytlačovány nahoru. Systém jezů v horní části rotoru umožňuje každé fázi opustit rotor, kde dopadne do sběrného prstence a opustí jeviště. Tok mezi fázemi probíhá gravitačně bez nutnosti použití mezistupňových čerpadel. Odstředivé stykače tak fungují jako směšovač, odstředivka a čerpadlo. Odstředivé stykače se obvykle označují průměrem jejich rotoru. 5palcový odstředivý stykač je tedy ten, který má rotor o průměru 5 palců.

Prstencové odstředivé stykače jsou stroje s relativně nízkými otáčkami za minutu (ot./min), se stroji se zvýšenou gravitací (100–2000 G), a lze je proto napájet motorem s přímým pohonem a proměnnou rychlostí. Typické otáčky za minutu pro malé jednotky (2 cm) jsou přibližně 3 600 otáček za minutu, zatímco větší jednotky by pracovaly při nižších otáčkách za minutu v závislosti na jejich velikosti (typická rychlost pro 5palcový [12,5 cm] stykač je ~ 1 800 otáček za minutu). Účinnost odstředivé separace lze snadno popsat jako proporcionální k součinu síly vyvíjené v násobcích gravitace ( g ) a doby zdržení v sekundách nebo g- sekundách. Dosažení konkrétní hodnoty g- sekund v odstředivce kapalina-kapalina lze získat dvěma způsoby: zvýšením násobků gravitace nebo prodloužením doby zdržení. Vytváření vyšších hodnot g- síly pro konkrétní průměr rotoru je pouze funkcí otáček za minutu.

Vícestupňový odstředivý extraktor

Obr. 3. Průřez vícestupňovým odstředivým extraktorem

Dávkovací roztok, který původně obsahoval jednu nebo více rozpuštěných látek (těžká fáze na výkresu průřezu, obr. 3), a nemísitelné rozpouštědlo, které má jinou hustotu (lehká fáze na náčrtcích příčných řezů) protéká protiproudem rotorem extraktoru, navrženým hromada mechanických podsestav představujících požadovaný počet samostatných stupňů. Postupné míchací a separační operace prováděné v každém mechanickém stupni umožňují hromadný přenos rozpuštěných látek z napájecího roztoku do rozpouštědla.

Každá fáze se skládá z

  • Míchací komora, kde jsou dvě fáze smíchány a kde je dosaženo přenosu rozpuštěných látek, které mají být extrahovány. Pevný disk umožňuje míchání dvou fází a vytvoření emulze. Funguje jako čerpadlo k čerpání dvou fází z předchozího stupně.
  • Dekantační komora, kde jsou dvě dříve smíchané kapaliny důkladně odděleny odstředivou silou. Přelivné jezy stabilizují separační oblast nezávisle na rychlostech proudění. Poloha mezifáze závisí na průměru přepadového jezu těžké fáze, který je zaměnitelný a má být vybrán podle poměru fázové hustoty.

Konfigurace

Smíchejte a oddělte

Jak je popsáno výše, konfigurace mixu a separace je standardní operací pro odstředivé stykače používané pro procesy extrakce kapalina-kapalina . Dvě kapaliny (obvykle vodná fáze (těžká) a organická fáze (lehká)) vstupují do prstencové směšovací zóny, kde se tvoří disperze kapalina-kapalina a dochází k extrakci, když jsou rozpuštěné látky (např. Rozpuštěné kovové ionty) přeneseny z jedné fáze do jiný. Uvnitř rotoru budou kapaliny děleny na těžkou (modrou) a lehkou (žlutou) fázi podle jejich příslušných hustot. Tento podíl každé fáze (fázový poměr), celkového průtoku, rychlosti rotoru a velikosti přepadu se mění, aby se optimalizovala účinnost separace. Oddělené kapaliny se vypouštějí bez tlaku a gravitačně proudí k opuštění stupně (všimněte si, že výstup je vyšší než vstup na obr. 2).

  • Obr. 4. Míchání a oddělování

Oddělení přímým podáváním

U aplikací vyžadujících pouze separaci předem namíchané disperze (např. Separace oleje a vody při čištění prostředí) nabízí přímé plnění možnost přivádět proud smíšené kapaliny při nízké síle přímo do rotoru. Uvnitř rotoru budou kapaliny rozděleny na těžkou (modrou) a lehkou (žlutou) fázi. Tento princip se používá k optimalizaci účinnosti separace. Vyloučené kapaliny budou vypouštěny bez tlaku.

  • Obr. 5. Separační přímé podávání

Vícestupňové zpracování

Typicky pro procesy extrakce rozpouštědlem v etapových zařízeních, jako je odstředivý stykač, byste měli několik stykačů v sérii pro extrakci, čištění a odstraňování (a možná i další). Počet stupňů potřebných v každé části procesu by závisel na požadavcích na návrh procesu (nezbytný extrakční faktor). V případě na obr. 6 poskytují čtyři vzájemně propojené stupně kontinuální proces, ve kterém je prvním stupněm dekantační stupeň. Další dvě fáze ukazují protiproudou extrakci. Poslední fází je neutralizace jako křížové propojení.

  • Obr. 6. Vícestupňový proces


Viz také

Reference

externí odkazy