Выбор и расчет оборудования для участка экстракции и реэкстракции

Известно, что при небольшом числе ступеней экстракции, объемы смесительно-отстойных и колонных экстракторов практически одинаковы. Оба типа экстракторов обладают рядом достоинств и недостатков, рассмотрим их для выбора типа экстрактора, который мы будем использовать в нашей технологии.

К основным достоинствам экстракционных колонн относятся следующие:

• 1) высокая производительность;
• 2) сравнительно небольшие площади для размещения аппаратов;
• 3) малая загрузка экстрагентов;
• 4) возможность осуществления нескольких ступеней контактирования в одном аппарате;
• 5) возможность совмещения процессов экстракции, промывки, расслаивания фаз, разделительной экстракции в одном аппарате;
• 6) незначительное образование межфазных пленок и возможность их удаления без остановки аппарата;
• 7) малый взаимный унос фаз;
• 8) отсутствие в большинстве типов экстракционных колонн движущихся частей.

Эти преимущества приводят к меньшим капитальным и эксплуатационным затратам, делают экстракторы колонного типа более экономичными, чем смесительно-отстойные экстракторы.

Однако экстракционным колоннам присущи и определенные недостатки, к которым относятся:

• 1) значительная высота аппаратов;
• 2) низкая эффективность (значительная ВЭТС, ВЕП);
• 3) отсутствие надежных методик расчета и существенный масштабный коэффициент перехода, составляющий 1,5 — 1,8

Одними из самых распространенных промышленных экстракционных аппаратов являются смесители отстойники. Они состоят из камеры смешения фаз, в которую поступают органическая и водная фазы и где они интенсивно перемешиваются с помощью мешалок или насоса-смесителя, и камеры отстаивания (разделения) фаз, в которую непрерывно поступает эмульсия из камеры смешивания и где происходит ее расслаивание. Смесительно-отстойные экстракторы — аппараты со ступенчатым контактированием несмешивающихся жидкостей и с вводом внешней энергии в контактирующие жидкости.

В подавляющем большинстве случаев смесительно-отстойные экстракторы работают непрерывно. На каждой ступени (в камерах смешивания и отстаивания) фазы движутся прямотоком, в то время как аппарат работает по принципу противотока. При перемешивании одна из фаз диспергируется на мелкие капли (дисперсная фаза), которые распределяются в другой фазе (сплошная фаза).

Смесительно-отстойные экстракторы обладают следующими основными достоинствами:

• 1) высокая эффективность ступени контактирования, которая может приближаться к эффективности равновесной (теоретической) ступени;
• 2) возможность применения для широкого диапазона соотношений объемов фаз;
• 3) пригодность для работы в широких пределах изменения физических свойств фаз;
• 4) гибкость конструкции, позволяющая при необходимости легко изменять число ступеней и работать при выходе из строя одной ступени;
• 5) сохранение состава фаз по ступеням после остановки, что обеспечивает быстрый последующий ввод аппарата в рабочий режим;
• 6) возможность работы при наличии небольшого количества твердой фазы;
• 7) простота изготовления, монтажа, ремонта и эксплуатации;
• 8) возможность масштабирования.

Смесительно-отстойные горизонтальные экстракторы отличаются небольшой высотой и могут работать с большими объемными производительностями. Кроме того, достигаемая степень диспергирования не ограничивается явлением «захлебывания».

Наряду с достоинствами этим экстракторам свойственны следующие недостатки:

• 1) большая занимаемая производственная площадь;
• 2) наличие смесителей с индивидуальными приводами;
• 3) значительные размеры гравитационных отстойных камер.

Эти недостатки приводят к относительно высоким капитальным затратам и эксплуатационным расходам, большому единовременному объему жидкостей, находящихся в аппарате. За последние годы разработан ряд более совершенные конструкции аппаратов этого типа, в которых указанные недостатки в значительной мере преодолены.

Значительно более компактными являются смесительно-отстойные экстракторы ящичного типа (рис. 4.1), корпус которых разделен перегородками на прямоугольные смесительные и отстойные камеры. В смесительных камерах 1 жидкости перемешиваются с помощью турбинных мешалок 2. Для более интенсивного перемешивания объем смесительной камеры ограничен снизу горизонтальной перегородкой 3.

Тяжелая фаза засасывается в камеру 1 через всасывающий патрубок мешалки из предкамеры (отделения под перегородкой), куда она поступает через нижнее переточное окно 4 из отстойной камеры предыдущей ступени. Легкая фаза поступает из отстойной камеры последующей ступени через верхнее переточное окно 5. Эмульсия переливается через щели между гофрированными перегородками (жалюзи) 6 в отстойную камеру 7, где происходит расслаивание фаз. Из отстойной камеры легкая фаза через верхнее окно поступает в смесительную камеру предыдущей ступени, а тяжелая — через нижнее окно в смесительную камеру последующей ступени.

Тяжелая фаза транспортируется со ступени на ступень мешалками, а движение противотоком легкой фазы происходит вследствие постепенного понижения уровня в смесительных камерах ступеней. Разностью уровней жидкости в соседних ступенях определяется положение границы раздела фаз в отстойных камерах экстрактора.

1 — смесительная камера; 2 — турбинная мешалка; 3 — горизонтальная перегородка; 4,5 — переточные окна; 6 — гофрированная перегородка; 7 — отстойная камера.

Рисунок 4.1 — Ящичный смесительно-отстойный экстрактор

С увеличением расходов жидкостей транспортирование их со ступени на ступень осуществляется принудительно, с помощью мешалок. При этом ступени работают гидравлически независимо друг от друга, устраняется градиент уровня жидкости при переходе от ступени к ступени, что позволяет реализовать различные компоновки ступеней.

Соотношение объемов фаз в смесителях может регулироваться независимо от исходного соотношения (в питании) посредством частичной рециркуляции одной из фаз через специальные окна или трубопроводы, соединяющие смесители с отстойниками. Путем рециркуляции можно существенно уменьшить унос с концевых ступеней экстрактора; в некоторых случаях она может ускорить расслаивание фаз, а также облегчить проведение вспомогательных операций (например, промывки) при больших отношниях объемных расходов фаз.

Исходя из вышесказанного мы выбираем смесительно-отстойный экстрактор и начинаем его расчет с определения параметров смесительной камеры.

Размеры смесительной камеры определяют, исходя из суммарного расхода фаз:

• 175,26 м3/сут
• 7,3 м3/час

Задаемся временем пребывания реагентов в смесительной камере п = 10 мин (0.17 ч). Нашли объем смесительной камеры:

7,3 · 0,17 = 1.24 м3.

В цепочке будем ставить 3 экстрактора, тогда объем смесительной камеры равен 0.41 м3. Форму смесительной камеры выбираем в виде куба (для неё удовлетворительное перемешивание достигается при минимальных энергозатратах), тогда высота смесительной камеры (а так же длина и ширина) определится как.

0.74 м Площадь смесительной камеры:

0.55 м2.

Расчет отстойной камеры ведут, определив скорость расслаивания отс.

где — плотность.

— вязкость.

d — диаметр капель.

g — ускорение свободного падения.

Диаметр капель принимаем равным 0.25 мм.

=1340 кг/м3.

=809.25 кг/м3.

=1.14 сп.

=0.8375 сп.

68 м/ч Площадь отстойной камеры рассчитываем как.

0.11 м2.

Ширина отстойной камеры равна ширине смесительной камеры Bо.к.=Bс.к.=0.74 м, а её длина.

0.15 м Длина одной секции.

=0,89 м.

Ширина аппарата равна длине секции Bа = Lc = 0,89 м Длина аппарата.

=2.67 м.

Перечень вспомогательного оборудования и технологической оснастки участка экстракции приведён в таблице 4.2.

Таблица 4.2 — Перечень оборудования и технологической оснастки участка экстракции.

В таблице 4.3 приведены насосы, используемые для подачи растворов в отделении. Так же приведены назначения насосов, максимальная подача, напор, мощность и тип насоса.

Таблица 4.3 — Основные насосы

Выбор и расчет оборудования для участка центрифугирования

Пульпа кристаллов АУТК поступает на центрифугирование при помощи насоса. Производительность центрифуги должна быть 12 021 кг/сут.

Для отделения кристаллов АТК от маточного раствора выбрали центрифугу ФГНК-808. Основные характеристики центрифуги приведены ниже.

Производительность по выгружаемому осадку 1500 кг/час.

Частота вращения 103 1/с.

Допускаемая загрузка 150 кг.

Главный электродвигатель тип 4А2 508 673:

мощность двигателя 45 кВт;

частота вращения 1000 об/мин;

рабочее условие масла 0,8 МПа.

Размеры аппарата:

длина 2900 м;

ширина 1380 м;

высота 1800 м.

Масса аппарата 7500 кг.

ротор изготовлен из кислотостойкой стали 06хН28ДТ.

Разряжение в корпусе 0,001 МПа для предотвращения выброса паров из него.

После центрифугирования кристаллы АУТК собирают в емкостиобъёмом 100 л.