CZ224099A3 - Vícefázový extraktor - Google Patents

Abstract

Vícefázový extraktor obsahuje dvě komory (1,2), tvořící separační stupeň. Komory (1,2)jsou svými horními a spodními úseky navzájemspojené prostřednictvím propojovacích kanálů (4). Horní úsek první komoiy (1)je spojený se spodnímúsekemdruhé komory (2), zatímco horní úsek druhé komoiy (2)je spojený se spodnímúsekemprvní komory (1).

Description

propojovacích kanálů. Komory jsou naplněné kontinuální fází a vykazují separační prostory. Dále jsou tyto komory opatřené dispergačními zařízeními a hrdly, vstupními a výstupními, pro přivádění a odtahování dosazovací fáze a rozpouštěcí fáze.

Dosavadní stav techniky

Zařízení shora popsaného typu je možné využít pro provádění separace, extrakce, koncentrace a rafinace látkových substancí jak v chemickém, hydrometalurgickém a mikrobiologickém průmyslu, tak i v dalších průmyslových odvětvích.

Zařízení pro provádění třífázové kapalinové extrakce jsou ze stavu techniky známá jako dvoukomorová extrakční soustava, ve které jsou uvnitř uspořádané dvě komory z důvodu cirkulace kontinuální fáze navzájem propojené prostřednictvím přetoků. Přetoky jsou vytvořené jako propojovací potrubí, spojující navzájem horní a spodní úseky uvedených komor. Komory jsou naplněné kontinuální fází, skrze kterou dvě disperzní fáze, v kontinuální fázi

77631 (77631a.doc)

nerozpustné, prochází ve formě kapiček. Během tohoto stavu dochází prostřednictvím působení kontinuální fáze, tvořící extrakční prostředí, k převáděni substancí z jedné disperzní fáze (dosazovací fáze) do druhé disperzní fáze (rozpouštěcí fáze) (viz například ruská patentová přihláška RU č. 94-015776/26 z 27.4.1994).

Tato ze stavu techniky známá extrakční zařízení vyžadují, z hlediska možností jejich využitelnosti a zvýšení funkční výkonnosti, zdokonalení.

Z hlediska technického uspořádání a provozní činnosti představují tato zařízení nejnovější stav techniky a jejich podrobný popis je uvedený dále. Standardní vícefázový extraktor sestává ze dvou komor naplněných kontinuální fází. V komorách jsou uspořádaná zařízení pro dispergování dosazovací fáze a rozpouštěcí fáze, přičemž současně jsou tyto komory, pro účely cirkulace kontinuální fáze, navzájem spojené prostřednictvím přetokových potrubí nebo propojovacích kanálů. V případě tohoto extraktoru spojují propojovací kanály jednak horní úsek první komory s horním úsekem druhé komory a jednak spodní úsek druhé komory se spodním úsekem první komory. Extraktor je dále opatřený vstupními hrdly pro přivádění a výstupními hrdly pro odtahování dvou shora uvedených disperzních fází a vykazuje separační prostory, uspořádané účelně v oblasti vstupních otvorů propojovacích kanálů (přetokových potrubí). Fáze podrobované dispergování, to je dosazovací fáze a rozpouštěcí fáze, se jednotlivě v příslušné komoře prostřednictvím dispergačního zařízení rozptylují na drobné kapičky, které se poté ve shlucích pohybují skrze kontinuální fázi. Díky disperzních fází v první rozdílu hustoty jednotlivých a ve druhé komoře dochází k

77631 (77631a.doc) * · « 4 4 · 4 4 φ 4 44 4 4444 · 44 4

444 4444 4 4 44444 44 44 44 4« cirkulaci kontinuální fáze skrze horní a spodní přetokové potrubí, přičemž dochází k převádění substance, určené k odseparování, z dosazovací fáze, nacházející se v první komoře, do rozpouštěcí fáze, nacházející se ve druhé komoře. V tomto případě vykonává kontinuální fáze, nacházející se v první komoře, funkci extrakčního prostředí (a kontinuální fáze, nacházející se ve druhé komoře, funkci rafinačního prostředí). Nevýhoda známého vícefázového extraktoru spočívá v tom, že rychlost cirkulace kontinuální fáze je možné ovlivňovat pouze rozdílem hustoty jednotlivých, v komorách se nacházejících disperzních fází, přičemž se zmenšováním tohoto rozdílu se současně snižuje i rychlost cirkulace, což může ve svém důsledku vést ke snižování celkové účinnosti zařízení.

Podstata vynálezu

Cílem předloženého vynálezu je zaručit pracovní činnost vícefázového extraktoru i v případech, ve kterých je rozdíl hustot kapalinových směsí, nacházejících se v jeho dvou komorách, pro cirkulaci kontinuální fáze příliš malý.

Uvedený cíl se podle předloženého vynálezu dosáhne prostřednictvím shora popsaného vícefázového extraktoru se dvěma komorami s tím, že horní úsek první komory je spojený se spodním úsekem druhé komory a horní úsek druhé komory je spojený se spodním úsekem první komory.

Další zdokonalení podle předloženého vynálezu spočívá v tom, že dvě shora popisované komory tvoří separační stupeň, a že množství takových separačních stupňů je spojené do sériového uspořádání.

77631 (77631a.doc) • fefe ·· fefe fefe fe· ♦ · · · fefefe · · · · « ·· · · ··· fe ·· fe fefe fefefe fefe · * fefefe fefefe • fefe ···· fe · •••fefe fefe fefe fefe fefe

Vzájemné propojení horního úseku první komory se spodním úsekem druhé komory a vzájemné propojení horního úseku druhé komory se spodním úsekem první komory zajišťuje cirkulaci kontinuální fáze dokonce i v případě neexistence rozdílu hustot (vztaženo na průměrnou hustotu disperzní soustavy v každé komoře) jednotlivých dvoufázových kapalinových směsí, nacházejících se v příslušných komorách vícefázového extraktoru. Cirkulace kontinuální fáze je za tohoto stavu výhradně jen a pouze důsledkem gradientů hustoty disperzních soustav v jednotlivých komorách a impulsu předávaného shluky pohybujících se kapiček, vytvářených prostřednictvím dispergačních zařízení, na molekuly kontinuální fáze.

Další výhodou předloženého vynálezu je, že pracovní činnost obou komor extraktoru může probíhat v souproudu (tj. ve stejném směru průtoku jak kontinuální, tak i disperzní fáze). Použití dvou komor jako samostatného separačního stupně a spojení množství takových separačních stupňů do sériového uspořádání umožňuje provádění různých variant vícestupňových separačních nebo extrakčních procesů při dosažení optimálních výsledků.

Přehled obrázků na výkresech

Předložený vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů tří možných provedení navrhovaného vícefázového extraktoru, znázorněných schematicky v připojené výkresové dokumentaci na obr. 1 až 3, ve kterých představuje:

77631 (77631a.doc) flflflfl flflfl flflflfl • flfl · flflflfl · flfl · flflfl···· · · • flflflfl flfl flfl flfl flfl obr. 1 jednostupňový extraktor se dvěma komorami, ve kterých průtok disperzních fází probíhá v souproudu.

obr. 2 vícestupňový extraktor, zahrnující množství dvoukomorových separačních stupňů uspořádaných v jediné skříni, ve kterém se průtok dosazovací a rozpouštěcí fáze, vzhledem k celkovému uspořádání vzájemného propojení separačních stupňů, uskutečňuje v souproudu.

obr. 3 vícestupňový extraktor, zahrnující množství dvoukomorových separačních stupňů, ve kterém se průtok dosazovací a rozpouštěcí fáze, vzhledem k celkovému uspořádání vzájemného propojení separačních stupňů, uskutečňuje v protiproudu.

Příklady provedení vynálezu

Separační stupeň vícefázového extraktoru v podstatě sestává, ve všech případech provedení, z první komory 1 a ze druhé komory 2, z nichž každá je vybavená dispergačním zařízením 2· Komory l a 2 jsou svými horními a spodními úseky navzájem spojené prostřednictvím propojovacích kanálů A nebo přetokových potrubí. V tomto provedení propojovací kanály 4 spojují navzájem jednak horní úsek první komory 1 se spodním úsekem druhé komory 2 a jednak horní úsek druhé komory 2 se spodním úsekem první komory 1. Jak je znázorněno na obr. 1 až 3, nachází se fázové rozhraní 2 navzájem působících fází (tj . disperzní fáze a kontinuální fáze) pod vstupním otvorem £ propojovacích kanálů 4- Fázové rozhraní 2 je účelně lokalizované v separačním prostoru 7, který je

77631 (77631a.doc) ·· ·9 ·· ·· «* • 9 0 9 · 9 0 0 ·* 9 9 990 9 9 9 9

9 9 9 9 9 0

9 9 9 9 9 9 9 9 9 uspořádaný v každé z komor 1 a 2. vícefázového extraktoru. Vícefázový extraktor je dále opatřený vstupními hrdly 9 a 10 pro přivádění dosazovací a rozpouštěcí fáze a výstupními hrdly 11 a 12 pro odtahování těchto, dosazovací a rozpouštěcí, fází.

Provozní činnost vícefázového extraktoru probíhá na základě následujícího principu:

První komora 1 a druhá komora 2 se naplní kontinuální fází, která slouží jako extrakční prostředí. Dosazovací a rozpouštěcí fáze se do jednotlivých komor 1 a 2 extraktoru přivádějí prostřednictvím vstupních hrdel 2. a 10 a přes dispergační zařízení 2. Činností dispergačních zařízení 2 se jednotlivé fáze rozptylují na shluky kapiček za jejich současného distribuování do objemu kontinuální fáze. Přítomnost homogenní disperzní soustavy disperzních fází v obou komorách není pro účely uskutečňování separačních nebo extrakčních procesů absolutně nutná. Disperzní fáze může být totiž do jedné ze dvou komor extraktoru rovněž tak zaváděná ve formě vláken nebo tenkých vrstviček. Následkem vyšší hustoty disperzní fáze ve srovnání s kontinuální fází se dispergované shluky kapiček disperzních fází v komorách 2 a 2 pohybují směrem dolů a poté slukují v oblasti fázového rozhraní 5 v separačních prostorech 7. Shluky kapiček se v komorách 1 a 2 pohybují v souproudu s kontinuální fází. Cirkulace kontinuální fáze není pouze důsledkem rozdílu hustot jednotlivých disperzních soustav nacházejících se v komorách, ale rovněž tak i důsledkem impulsu předávaného z disperzní fáze na kontinuální fázi a působení hydrodynamických sil mezi disperzní a kontinuální fází.

Vzájemné spojení komor 1 a 2 extraktoru prostřednictvím

77631 (77631a.doc) • · ·· • φ • φ • * φ ·

ΦΦΦ· φ φ · · • · · · φφ φ · • · · · • · · · ·♦· ·*· propojovacích kanálů 4. podle předloženého vynálezu umožňuje pro akceleraci (pohánění) kontinuální fáze využití takových účinků, které ve svém důsledku způsobují cirkulaci kontinuální fáze mezi komorami 1 a 2 prostřednictvím propojovacích kanálů 4 skrze vstupní otvory £, uspořádané v oblasti nad fázovým rozhraním 5., nacházejícím se v separačních prostorech 2. Substance, určená k odseparování, se tímto způsobem převádí z dosazovací fáze prostřednictvím kontinuální fáze do rozpouštěcí fáze. Poté se dosazovací fáze a rozpouštěcí fáze z vícefázového extraktoru odtahují prostřednictvím výstupních hrdel 11 a 12.

Vícefázový extraktor podle obr. 1 je rovněž tak možné snadno použít pro separační nebo extrakční proces, ve kterém disperzní fáze vykazuje nižší hustotu než kontinuální fáze. Pro tento účel se extraktor otočí o 180° tak, že se vstupní hrdla 3 a 10 pro přivádění disperzních fází a dispergační zařízení 3 nacházejí vespod, zatímco výstupní hrdla 11 a 12 pro odtahování dosazovací a rozpouštěcí fáze se nacházejí nahoře. V tomto případě se fázové rozhraní 3/ lokalizované v separačních prostorech 7., nachází nad vstupními otvory 6. propojovacích kanálů 4.

Ve vícestupňových extraktorech, znázorněných na obr. 2 a 3, se proces extrakce a reextrakce opakuje v každém separačním stupni. V závislosti na typu separačních stupňů spojených v sériovém uspořádání, je možné s ohledem na směr průtoku jednotlivých fází (průtok v souproudu nebo v protiproudu) uskutečňovat různé varianty separačních nebo extrakčních procesů. Vzhledem ke shora uvedenému je třeba poznamenat, že v každém dvoukomorovém separačním stupni se separační nebo extrakční proces uskutečňuje vždy při průtoku disperzní fáze a kontinuální fáze v souproudu.

77631 (77631a.doc)

ΦΦΦΦ « φ φ φφφφ • ·· φ φφφ· φ φφ φ ••••Φφφ φ φ • ΦΦΦΦ φφ φφ φφ φφ

Vzhledem k celkovému uspořádání vzájemného propojení jednotlivých separačních stupňů se však může, na základě volby, průtok disperzní a kontinuální fáze během procesu extrakce uskutečňovat buďto v souproudu (viz obr. 2) nebo v protiproudu (viz obr. 3).

Zastupuje:

Dr. Miloš Všetečka v.r.

77631 (77631a.doc) ' JUDr. Miloš Všetečka advokát

120 00 Praha 2, Hálkova 2 pv wt-ziw • 9 •

9 9

9

9 9

99

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vícefázový extraktor s alespoň dvěma komorami (1,

2), tvořícími separační stupeň, ve kterém jsou uvedené komory navzájem spojené svými horními a spodními úseky prostřednictvím propojovacích kanálů (4), a dále jsou vybavené dispergačními zařízeními (3), vykazují separační prostory (7) , uspořádané účelně v oblasti vstupních otvorů (6) , a opatřené hrdly (9, 10, 11, 12) pro přivádění a odtahování dosazovací a rozpouštěcí fáze, vyznačující se tím, že horní úsek první komory je spojený se spodním úsekem druhé komory a horní úsek druhé komory je spojený se spodním úsekem první komory.

2. Vícefázový extraktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že množství separačních stupňů je spojeno do sériového uspořádání.