203843. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés egy folyadékfázis és egy eltérő sűrűségű szilárd és/vagy nem elegyedő folyadék fázis több fokozatú, kvázi-folyamatos, ellenáramú érintkeztetésére
1 HU 203 843 A 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés egy folyadékfázis és egy ettől eltérő sűrűségű szilárd és/vagy nem elegyedő folyadékfázis többfokozatú, kvázi-folyamatos, ellenáramú érintkeztetésére. Egy folyadékfázis és egy ettől eltérő sűrűségű szilárd és/vagy nem elegyedő folyadékfázis ellenáramú érintkeztetése nagy gyakorlati jelentőségű feladat, amelynek megoldására számos eljárás ismeretes (Ahell, King: New Developments in Liquid-Liquid Extractors, AIChE Symp.Ser. 80/238/, 1984). Az alkalmazott eljárásoknak három alapvető csoportja van:- az egyidejű keverésen és elválasztáson alapuló műveleti egységek,- a keverést és az elválasztást külön berendezésben megvalósító eljárások,- és a ciklikusan működő keverő-elválasztó módszerek Az első csoportba tartozó eljárásokat az jellemzi, hogy a keverés és az elválasztás térben ugyanott és egyidőben játszódik le. E csoportba sorolhatók pl. a forgótárcsás extraktorok, ahol a spontán ellenáramban haladó nem elegyedő fázisokat az egymás feletti térrészekben mechanikus keverőelemek keverik össze (pl. Kosters, W.C.G.: Rotating-Disk Contactor, Lo, T.C., Baird, MJLI. és Hanson, C. eds: Handbook of Solvent Extraction, Wüey-Interscience, New York, 1983). Ezek a módszerek elsősorban két folyadék érintkeztetésére alkalmasak, és szilárd anyagok jelenlétében kevésbé üzembiztosak. A másik csoportba tartozó műveleti egységeket az jellemzi, hogy a keveréket és az elválasztást két külön berendezésben valósítják meg, pl. a keverést mechanikusan kevert tartályban, az elválasztást pedig ülepítő centrifugában (szüárd/folyadék rendszer estén szűrőventrifugában). Ezek az eljárások szakaszos és folyamatos üzemmódban egyaránt üzemeltethetők Mechanikus keverés helyett pneumatikus keverés is lehetséges. A találmányhoz legközelebb állónak egy mozgó alkatrész nélküli keverő-ülepítő extrakciós eljárás és berendezés tekinthető, amelyet M.Venkataraman, R.Natarajan és G.RJBalasubramanin (Air pulsed mixer settler - some design experience, Ahell, RJB. and King CJJBds.: New Developments in Liquid-Liquid Extractors, AIChE Symp. Ser. 80/238/, 1984, pp.64- 69) ismertet. A berendezést nukleáris reaktorok kiégett fűtőelemeinek reprocesszálásánál alkalmazott extrakcióra fejlesztették ki. A vízszintesen elrendezett, sorbakapcsolt fokozatokból felépülő berendezésben egy könnyebb (szerves) és egy nehezebb (vizes) fázist ellenáramban érintkeztetnek Az egyes fokozatok egy keverőteret és egy ezzel csővezetéken át összekötött ülepítőteret tartalmaznak. A keverőtérbe felülről két keverőszonda nyúlik be, amelyeket 180*-os fázistolással, váltakozva egy nyomás alatt álló tartállyal ill. egy vákuum tartállyal kötnek össze. Ezáltal pulzáló keverést valósítanak meg, amelynek során azonban a keverőtérben nem változik a folyadékszint. A vizes és a szerves fázisok alulról lépnek be a keverőtérbe, és a keverék felül kerül át az ülepítőtérbe. Az itt gravitációs úton elkülönülő szerves fázis túlfolyással távozik, majd a légnyomásos vízemelő elvén működő pneumatikus szivattyú (aerolift) szállítja a következő keverőbe. A vizes fázis az ülepítő alján lép ki, és ugyancsak egy pneumatikus szivattyú szállítja a következő egységbe. A fázisok továbbítását a szintek érzékelése alapján szabályozzák. A keverést és elválasztást külön műveleti egységben megvalósító megoldások beruházásigényét különösen az elválasztó egységek költségesebb kialakítása növeli. A harmadik csoportba a ciklikusan üzemelő keverő-elválasztó eljárások tartoznak. Ezekben a műveleti egységekben a keverés és a fázisszétválasztás ugyanabban a tér-részben, de időben egymás után játszódik le. A keverő-elválasztó eljárások hátránya, hogy szilárd fázis jelenlétében az anyagtovábbítás nehézkes. Célunk a találmánnyal az ismert megoldások tökéletesítése, és olyan eljárás és berendezés létrehozása, amelyek tetszőleges fázisrendszer (két nem elegyedő folyadék, ülepedő szilárd anyag, kiúszó szilárd anyag, valamint a felsorolt esetekben gázfázis egyidejű jelenléte) esetében egyaránt használhatók, és a többfokozatú, ellenáramú érintkeztetést biztosító berendezés egyszerű elemekből alakítható ki. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy a korszerű számítástechnika és irányítástechnika eszközeinek felhasználásával az egyszerű elemekből (csövek, csőidomok, kevert terek, szivattyúk stb.) felépülő műveleti egységeket működőképes egésszé lehet szervezni. A találmány szerint a kitűzött feladatot egy olyan eljárással oldjuk meg, amelynek során a könnyebb fázist több sorbakapcsolt fokozatból álló kaszkád első fokozatába, a nehezebb fázist pedig utolsó fokozatába vezetjük be, az egyes fokozatokban a fázisokat összekeverjük, spontán gravitációs úton szétválasztjuk, a szétválasztott fázisokat a szomszédos fokozatok között ellenáramban legalább részlegesen továbbadagoljuk, és a kaszkád első ill. utolsó fokozatából elvezetjük. A fázisok keverését és szétválasztását az egyes fokozatokban egy keverő-elválasztó térben végezzük, a könnyebb fázist kívülről az első fokozat keverő-elválasztó terébe adagoljuk be, a fázisokat a keverő-elválasztó térben ciklusonként legalább egyszer összekeverjük, majd szétválasztjuk, az utolsó fokozattól kezdve az első fokozatig haladva lépésről lépésre az egyes fokozatokban a fázisok szétválasztása után a keverőelválasztó tér alsó részébe a fokozat egy segédteréből meghatározott mennyiségű nehezebb fázist vezetünk be, és ezzel a könnyebb fázis megfelelő mennyiségét a keverő-elválasztó térből kiszorítjuk, gravitációs úton a szomszédos további fokozat keverő-elválasztó terébe vezetjük ill. az utolsó fokozatból kiadagoljuk, míg a nehezebb fázist az utolsó fokozat keverő-elválasztó terébe és/vagy segédterébe adagoljuk be, az egyes fokozatok keverő-elválasztó terének aljából a megfelelő fokozat keverő-elválasztó terébe és/vagy segédterébe továbbítjuk, és az első fokozat keverő-elválasztó terének aljából kiadagoljuk. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
