175821. lajstromszámú szabadalom • Extrakciós berendezés folyadékok közötti anyagátadási műveletek végrehajtásához
3 175821 4 terjedtek el a legszélesebb körben, aminek oka a konstrukció egyszerűségén kívül — a hengeres oszlopot vertikális értelemben kör alakú nyílást tartalmazó álló gyűrűk (szűkítőtárcsák) osztják alul-felül nyitott cellákra, s ezekben középen egy-egy vízszintes helyzetű forgó tárcsás keverő van — az, hogy a forgó tárcsák szemben a lapátokkal — csak enyhe emulzifikálást végeznek, s a keletkezett emulzió könnyen szétülepedik, másrészt a forgó tárcsák és az álló szűkítőgyűrűk által kialakított áramlási viszonyok között a különböző méretű cseppek állandóan a tömörülés-hasítás periodikus folyamatában vesznek részt, ami az anyagátbocsátási tényező növekedését eredményezi. A berendezés hátránya viszont, hogy az anyagátadási folyamatot kedvezőtlenül befolyásolja a kolonnában kialakuló hosszirányúaxiális keveredés. A találmány feladata, hogy olyan alul-felül nyitott cellákat tartalmazó, oszlopos kivitelű forgótárcsás folyadék-folyadék extraktort szolgáltasson, amely az axiális visszakeveredést csökkenti, ezáltal az anyagátadás hatásosságát, az oszlop hatékonyságát fokozza. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy az egymással szemben áramló folyadékok cellákon belüli áramlási irányának részleges megváltoztatásával — a főáramból kiváló részáramok visszatérítésével, csökkentésével — az axiális visszakeveredés mértéke lényegesen csökkenthető. E felismerés alapján a kitűzött feladatot a találmány értelmében olyan extrakciós berendezés segítségével oldottuk meg, amelynek alul-felül nyitott, egymástól körgyűrű alakú, rögzített helyzetű szűkítőtárcsákkal elválasztott cellákat tartalmazó állóhenger alakú oszlopa, cellákon belül elrendezett, az oszlop geometriai hossztengelyére keresztirányú forgatható tárcsái, valamint az oszlop alsó és felső tartományában kialakított, anyagbetápláló nyílásokkal kapcsolatban álló ülepítőterei vannak és amelynek az a lényege, hogy a cellákat alul és felül határoló szűkítőtárcsák kör alakú nyílásainak kerülete mentén rögzített helyzetű, körhenger alakú, az oszloppal koncentrikus terelőcsövek vannak elrendezve, amelyek a hozzájuk csatlakozó szűkítőtárcsa alsó és felső síkján túl a szomszédos cellák belsejébe nyúlnak. Egy előnyös találmányi ismérv szerint a forgó tárcsák a hozzájuk tartozó cella középső tartományában, célszerűen a cellák vízszintes felezősíkjában vannak elrendezve. Célszerűen egy-egy terelőcső magassága kisebb, mint egy-egy cella magasságának a fele, a forgó tárcsák átmérője pedig lényegében azonos vagy kisebb a terelőcsövek belső átmérőjénél. A találmányhoz olyan újszerű, előnyös többlethatások fűződnek, amilyenekkel a jelenleg ismert forgótárcsás folyadék-folyadék extraktorok, pl. az RDC-berendezések (Rotating Disc Column) nem rendelkeznek. Azzal, hogy a visszakeveredés mértékét csökkentettük, intenzifikáltuk az extrakció műveletét és így növekedett az oszlop hatékonysága. Ez új berendezés létesítésénél azt jelenti, hogy — adott feladat kedvező oldószeraránnyal történő megoldásához — csökkenthető a kolonna átmérője vagy/és magassága, miáltal a konstrukciós kialakítás kedvezőbb, és gazdaságos üzemvitel mellett szerkezeti anyag takarítható meg, azaz a beruházás is csökkenthető. A találmány azonban lehetőséget nyújt meglevő extraktorok hatékonyságának növelésére is, a terelőcsövek viszonylag kis — lényegében csak szerelési és minimális anyag — ráfordítást igénylő beépítésével növelhető a kapacitás (térfogatáramok) vagy/ és csökkenthető a térfogatarány (felhasznált extrahálószer) és az extrakciós veszteség. A találmányt a továbbiakban a csatolt rajzok alapján ismertetjük, amelyek az extrakciós berendezés egy előnyös kiviteli példáját tartalmazzák. A rajzokon az 1. ábra állóhenger alakú oszlopban kiképzett találmány szerinti folyadék-folyadék extraktort mutat vázlatos függőleges metszetben; a 2. ábra az 1. ábrán bejelölt A részletet mutatja nagyobb méretarányban. Amint az 1. ábra mutatja, a találmány szerinti extraháló berendezésnek állóhenger alakú 1 oszlopa van, amelynek függőleges geometriai x hossztengelyében 2 forgótengely van elrendezve, amelyre tárcsás kivitelű keverők, vagyis 3 keverőtárcsák vannak felerősítve, ezek vízszintes helyzetűek. Mindegyik 3 keverőtárcsa egy-egy alul-fölül nyitott, alul-fölül körgyűrű alakú 5 szűkítőtárcsákkal — álló helyzetű gyűrűkkel — határolt 4 cellában helyezkedik el. Az 5 szűkítőtárcsák átbocsátónyílását 6 hivatkozási számmal jelöltük. Minden 6 átbocsátónyílást az 5 tárcsán alul és felül túlnyúló 7 terelőcső határol. Az 1. és 2. ábra szerinti extrakciós berendezés működése modellextrakció esetében, amikor is az alkalmazott közegpár víz és kerozin, a következő : a két folyadék közül a nehéz fázis — itt a víz — az N nyílnak megfelelően felül lép az 1 oszlopba és lefelé halad (folytonos vonallal kihúzott a nyilak), a könnyű fázist — kerozint — pedig alul tápláljuk az 1 oszlopba a K nyíl irányának megfelelően, s az — az oszlop önmagában ismert szerkezeti kialakításából és a fázisok fajsúlykülönbségéből adódó hajtóerő hatására — a vízzel ellenáramban felfelé halad. (Szaggatott vonallal jelölt b nyilak.) A 3 keverőtárcsák az egyik folyadékot —■ jelen esetben a kerozint — diszpergálják, a víz az extrakciós folyamatban folytonos fázisként vesz részt. A tengelyre felerősített 3 keverőtárcsák az egyik folyadékot — jelen esetben kerozint — diszpergálják, a körgyűrű alakú álló helyzetű 5 szűkítőtárcsák pedig részlegesen cellákra osztják az oszlopot, ezáltal kedvezően befolyásolják az áramlási irányokat. A 3 forgó és az 5 álló helyzetű tárcsák által alkotott kettős tárcsarendszer biztosítja a fázisok intenzív érintkeztetését és a diszpergált fázis tömörülésének-hasításának folyamatát. Az 1 oszlop alsó és felső végében kialakított 8 és 9 ülepítőzónákban a fázisok elkülönülnek, a diszpergált fázis cseppjei egyesülnek, és a két folyadék (nem ábrázolt) elvezető csöveken át távozik a berendezésből (JVp ill. Kj nyíl). A forgótárcsás extrakciós oszlop áramlási viszonyaira jellemző, hogy egy-egy 4 cellában az oda belépő folytonos fázis (itt víz) gyorsan összekeveredik a már ott levő folyadék többi részével. A cellán belül gyakorlatilag teljes keveredés következik be (nem pedig állandó sebességű dugattyúszerű áramlási kép alakul ki). Az egyegy cellában kialakuló és örvénylő mozgást végző „fluidomcsomagok” átcsapódnak a mindenkori szomszédos cellába, így a folytonos „nettó” áramláson kívül az egyes cellák között jelentékeny recirkulációs részáramok alakulnak ki. Az anyagátbocsátás hatásosságának növelése érdekében egy-egy 4 cellán belül a 3 keverőtárcsa segítségével a diszpergált fázisból (a jelen esetben kerozinból) nem 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
