Экстракция из твердых веществ

Растворение твердых веществ в жидкостях

В производствах средне- и крупномасштабных применяются аппараты непрерывного действия. Две наиболее простые конструкции таких аппаратов в виде вертикальных колонн показаны на рис.7. В первой из них навстречу опускающемуся слою твердых частиц или в том же направлении (сверху – вниз) движется поток растворителя; во второй колонне поступающий сверху твердый материал приводится в псевдоожиженное состояние восходящим потоком растворителя. Твердые материалы, поступающие в аппарат, содержат часто некоторое количество нерастворимых веществ. Последние не осложняют процесс, если не образуют сплошного скелета и не экранируют растворимые вещества. Для удаления этих инертных веществ над опорно-распределительной решеткой предусмотрен специальный штуцер. Верхняя часть аппарата с псевдоожиженным слоем (рис.7,б) во избежание уноса уходящим раствором мелких нерастворенных частиц расширена.

Рис.7. Аппараты для непрерывного растворения твердых веществ:

а – с опускающимся слоем твердого вещества и прямотоком жидкости;

б – с псевдоожиженным слоем твердого вещества: 1 – вход твердого остатка; 2 – вход растворителя; 3 – выход раствора; 4 – удаление твердого нерастворимого остатка.

Существует множество конструкций аппаратов непрерывного действия с механическим перемешиванием. Так, на рис.8 показан горизонтальный шнековый аппарат. Он состоит из закрытого корытообразного корпуса; внутри него проходит вал, к которому прикреплены секции, образуемые винтовыми и плоскими радиальными лопастями. Первые транспортируют твердый материал вдоль корпуса, а вторые перемешивают этот материал и жидкость. Между секциями расположены поперечные перегородки, уменьшающие продольное перемешивание обеих взаимодействующих фаз, перемещающихся в одном направлении — от входа к выходу. Полученный раствор отводится через сливной желоб и штуцер, а нерастворившийся твердый отстаток удаляется при помощи наклонного элеватора.

Рис.8. Горизонтальный шнековый аппарат для непрерывного растворения твердых веществ:

1 – корытообразный корпус; 2 – секции; 3 – винтовые лопасти; 4 – плоские радикальные лопасти; 5 – поперечные перегородки; 6 – наклонный элеватор; 7 – вход растворителя; 8 – вход твердого вещества; 9 –выход раствора; 10 – электродвигатель и привод.

Для непрерывного растворения крупнокусковых материалов применяют барабанные аппараты (рис.9). Они состоят из вращающегося горизонтального барабана, опирающегося бандажами на ролики. Барабан снабжен зубчатым венцом и приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу и червячный редуктор. Загружаемый твердый материал движется с потоком жидкости вдоль барабана, одновременно перемешиваясь благодаря лопастям, укрепленным на внутренней поверхности стенки. Раствор и нерастворимый твердый остаток удаляются через штуцер на крышке барабана. Особенностью рассматриваемого аппарата является параллельное измельчение твердых кусков вследствие их соударения и ударов о стенку. Движение фаз возможно как прямотоком, так и противотоком.

Рис.9. Барабанный аппарат для непрерывного растворения твердых веществ:

1 – загрузка твердого материала и жидкости; 2 – барабан; 3 – бандажи; 4 – ролики; 5 – зубчатый венец; 6 – электродвигатель и привод; 7 – лопасти; 8 – выход раствора и нерастворимого остатка.

Экстракторы непрерывного действия практически освобождены от таких недостатков, как большая металлоемкость, затрата ручного труда, сложность механизации и регулирования процесса. Так, в трехколонном шнековом аппарате (рис.10,а) твердый материал перемещается тремя шнеками навстречу потоку жидкости. Будучи компактным, конструктивно несложным и простым в эксплуатации, этот аппарат обладает большой измельчающей способностью твердого материала, не обеспечивая при этом равномерное обтекание всех твердых частиц жидкостью и сколько-нибудь высокий рост эффективности.

На рис.10,б схематически изображен двухколонный экстрактор, состоящий из корпуса прямоугольного сечения, внутри которого движутся две роликовые цепи. К последним на расстоянии 400—500 мм прикреплены прямоугольные рамки, обтянутые сеткой, на которых располагается обрабатываемый твердый материал. Цепи приводятся в движение барабаном от привода, снабженного электродвигателем. Твердый материал и жидкость перемещаются противотоком. Достоинством аппарата является недеформируемость твердого материала, его недостатком – нарушение равномерности расположения материала на рамках при переходе последних из левой части корпуса в правую (ухудшается контакт обеих фаз). По эффективности двух- и трехколонный аппарат примерно равноценны.

Рис.10.Экстракторы непрерывного действия:

а – трехколонный шнековый; б – двухколонный; в – наклонный двухшнековый: 1,2 – вход и выход твердого материала; 3,4 – вход и выход экстрагента; 4 – выход экстракта; 5 – шнеки; 6 – роликовые цепи; 7 – рамки; 8 – ведущий барабан; 9 – поверхность нагрева.

Двухшнековый экстрактор (рис.10,в) состоит из наклонного корытообразного корпуса, внутри которого расположены два транспортирующих шнека. Последние вращаются навстречу друг другу, поэтому твердый материал получает движение вдоль корпуса. В месте выхода экстракта установлено сито для задержания твердых частиц, которое непрерывно очищается вращающимися скребками. Нижняя часть корпуса аппарата снабжена поверхностью нагрева. Рассматриваемый аппарат является наиболее компактным и отличается минимальной энерго- и металлоемкостью; к числу его недостатков относятся рециркуляция обеих фаз и значительное дробление твердой фазы, не всегда допустимое.