70.Общий вид аппаратов для процессов с участием твердой и жидкой фаз.
Экстракторы периодического и полунепрерывного действия. наиб. распространены камерные аппараты (реакторы) с мех., пневматич. или пневмомех. перемешиванием, а также т. наз. настойные чаны с неподвижным слоем твердых частиц с циркуляцией (перколяторы) и без циркуляции экстрагента. Аппараты для экстрагирования в плотном слое обычно располагаются вертикально и имеют комбинир. форму: в осн. части цилиндрическую, с одного или обоих концов - форму усеченного конуса (рис. 1, а). На решетку сверху загружается слой твердого материала, через к-рый сверху вниз протекает экстрагент; для выгрузки твердого остатка служит откидное днище.
Рис. 1. Экстракторыпериодического действия: а - единичный аппарата; б -батарея аппаратов (I-V); 1 - корпус; 2 - ложное днище (решетка); 3 - откидное днище; 4 - штуцер для ввода свежего экстрагента; 5 - штуцер для отвода концентрированного р-ра; 6 -насос.
Последоват. соединение 4-16 таких аппаратов в батарею (рис. 1, б)позволяет перейти к полунепрерывной противоточ-ной схеме. Благодаря замкнутой системекоммуникаций удается периодически отключать от циркуля ц. системы один из аппаратов, освобождать его от полностью истощенного материала и заполнять свежим. Далее этот аппарат снова включают в систему циркуляции и подают в него наиб. обогащенный экстрагент, прошедший через все остальные аппараты; затем отключают след, аппарат, в к-рый до этого поступал чистый экстрагент, и т.д. С увеличением числа аппаратов процесс приближается к непрерывному. Гл. недостатки описанныхэкстракторов, к-рые продолжают широко применяться в хим. произ-вах: большие затраты ручного труда при их эксплуатации, значит. потери экстрагируемого в-ва при выгрузке, высокая металлоемкость, трудность регулирования работы.Экстракторыпериодич. действия используют в произ-ве небольших партий фармацевтич. препаратов, настоев, морсов и др.Экстракторыполунепрерывного действия (батарея аппаратов) малоэффективны, громоздки и сложны в обслуживании.
Экстракторы непрерывного действия. К осн. экстракторамотносятся шнековые и ленточные аппараты. Шнековы иэкстрактор(рис. 2) представляет собой трехколонный аппарат с транспортирующим органом шнекового типа. Твердая фаза последовательно перемещается через загрузочную, горизонтальную и экстракц. колонны навстречу движущемуся экстрагенту. В верх. части загрузочной колонны имеется сито для отделения экстракта от твердой фазы. Достоинства аппарата - малая металлоемкость и небольшая занимаемая площадь. Недостатки обусловлены конструкцией шнека, вокруг вала к-рого закручивается твердый материал; поэтому иногда шнек заменяют цепным транспортирующим органом. Ленточныйэкстрактор(рис. 3) имеет стальной корпус, внутри к-рого расположен транспортер с перфорир. лентой. Подаваемый в аппарат материал движется слоем высотой 0,6-1,2 м по верх. ветви транспортера.
Рис. 2. Шнековый экстракторнепрерывного действия: 1, 2, 3 - загрузочная, горизонтальная и экстракц. колонны; 4-6 - шнеки; 7 -разделит. сито.
Для равномерного распределения экстрагента по пов-сти материала над слоем размещены распылители. Пройдя через слой материала, р-р поступает в воронку, откуда насосомподается в смежную зону, к-рая расположена в направлении, противоположном движению ленты. Распространены такжероторные аппаратыкарусельного типа, реализующие тот же принцип действия.
Рис. 3. Ленточный экстракторнепрерывного действия: 1 - корпус; 2 - бункер; 3 - ленточный транспортер; 4 - воронка; 5 -насосы.
Преимущества экстракторовнепрерывного действия, применяемых в многотоннажных произ-вах, перед периодически функционирующими аппаратами: более высокий коэф. массоотдачи от пов-сти твердых частиц к экстрагенту; полное исключение ручного труда при обслуживании; возможность создания экстрактов большой единичной мощности и автоматизации экстрагирования.
Интенсификация процесса
По сравнению с растворениемэкстрагирование протекает медленнее. Для его интенсификации целесообразны след. способы: 1. Повышение т-ры экстрагента. Приводит к увеличению коэф.диффузии, что ускоряет извлечение растворенного и твердого в-в; в последнем случае возрастает и движущая сила процесса cs — c1 [см. ур-ние (8)]. При повышении т-ры снижается также вязкостьэкстрагента, вследствие чего уменьшаются потери напора на прокачку р-рителя через слои извлекаемого в-ва. 2. Повышение относит. скорости движения фаз. Способствует увеличению коэф. массоотдачи, что сокращает время экстрагирования (если процесс не лимитируется внутр.диффузией). 3. Интенсивноеперемешивание. Приводит к обновлению пов-сти контакта твердых частиц с экстрагентом (эффективно при внешнедиффузионном сопротивлении). 4. Повышениедавления. Уменьшает объемвоздуха, "защемленного" в пористом объеме частиц при погружении твердого в-ва в экстрагент, и, Следовательно, восстанавливает нарушенный при этом контакт внутр. пов-сти частиц сжидкостью. 5. Подвод энергии (вибрации, пульсации, ультразвуковые и инфразвуковые колебания). Кроме того, при хим. р-циях между в-вом и экстрагентом процесс можно ускорить, повышаяконцентрациюизвлекаемого в-ва. Экстрагирование используют: а) для извлечения соед.редких металлов,урана,серыи др. изруд; б) для извлечения из пористых продуктовспеканияразл. в-в (произ-воглинозема, NaF и т.д.); в) для выделения орг. соед. из растит. сырья в произ-вахсахара, растит, иэфирных масел, р-римых кофе ичая, лек. ср-в и др.; г) для образования пористых структур путем добавления и послед. извлечения р-римого в-ва после фиксации структуры (напр., в произ-ве пористыхпластмасс, применяемых как изоляц. материал).
71 Барабанные кристаллизаторы
Барабанный вращающийся кристаллизатор с водяным или воздушным охлаждением является одним из наиболее распространенных механических кристаллизаторов. Аппарат с водяным охлаждением представляет собой вращающийся барабан, установленный под небольшим углом 50 0 (уклон 1:100- 1:200) к горизонту 5 10 об/мин. На барабане закреплены бандажи , опирающиеся на опорные ролики. Для предотвращения осевого смещения у одного бандажа устанавливаются упорные ролики. Вращение передается от привода через зубчатый венец, укрепленный на барабане. Горячий раствор подается в верхний конец барабана и медленно движется вдоль его оси, занимая по высоте сечения 1/8 -1/5 диаметра барабана (100 200 мм). Толщина слоя раствора в барабане, угол наклона и число оборотов барабана- факторы определяющие время пребывания раствора в аппарате, выбираются в зависимости от свойства раствора и требований к продукту. Как и во всех механических кристаллизаторах с водяным охлаждением, в барабанных аппаратах образуются довольно мелкие, но внутренне однородные кристаллы. Существенным недостатком таких аппаратов является значительная инкрустация поверхности барабана, громоздкость.
Для устранения пристенных осадков в барабан на всю его длину помещают тяжелую цепь, шарнирно закрепленную на его верх нем конце. При вращении барабана цепь перекатывается по его внутренней поверхности и сбивает наросты соли. В целях предупреждения образования инкрустаций используются барабанные кристаллизаторы с воздушным охлаждением. Раствор здесь охлаждается сильной струей воздуха, подаваемой вентилятором противотоком движению раствора со скоростью 4 5 м/с. Охлаждение происходит, главным образом, за счет испарения части растворителя.