CC BY
5УДК 66.061.(088.8)
ПЕРЕМЕШИВАНИЕ НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ В БАРБОТАЖНЫХ ЭКСТРАКТОРАХ
Хурсанова Бойкузи Журакузиевич ФерПИ, E-mail: b. [email protected], [email protected]
Аннотация. В статье исследована жидкостная экстракция ценных и редких металлов из отвалов горно-металлургических комбинатов в экстракторе с увеличенным временем контакта.Дана конструкция,принцип работы барботажного экстрактора с увеличенним временем контакта на основе пневмоперемешивания. Изучены гидродинамических параметры непрерывного извлечения без потерь ценным металлов в аппарате.
Аннотация. Maqolada kon-metallurgiya korxonalari chiqindilaridan qimmatbaho va nodir metallarni kontakt vaqti oshirilgan ekstraktorda suyuq holda ajratib olish o'rganildi. Pnevmatik aralashtirishga asoslangan aloqa vaqti oshirilgan barbotajli ekstraktorning konstruktsiyasi va ishlash printsipi keltirilgan. Qurilmada qimmatbaho metallarni yo'qotmasdan uzluksiz ajratib olishning gidrodinamik parametrlari o'rganildi.
Abstract: The article investigates the liquid extraction of valuable and rare metals from dumps of mining and metallurgical plants in an extractor with an increased contact time. The design, the principle of operation of a bubbler extractor with an increased contact time based on pneumatic mixing are studied. The hydrodynamic parameters of continuous extraction without loss of valuable metals in the apparatus are studied.
Ключевые слова: многоступенчатый барботажный экстрактор, эффективность процесса массообмена, жидкостная экстракция, редкие металлы, увеличенние время контакта, расход энергии, барботаж, непрерывный режим, удельные затраты энергии.
Kalit so'zlar: ko'p bosqichli barbotajli ekstraktor, massa ajmashinish jarayonining samaradorligi, suyuqlik ekstraksiyasi, nodir metallar, aloqa vaqtining oshishi, energiya sarfi, barbotaj, uzluksiz ishlash, solishtirma energiya sarfi.
Key words: bubbling, continuous operation, liquid extraction, rare metals, increased contact time, energy consumption.
При извлечении тяжелых, редких, рассеянных и благородных металлов методами гидрометаллургии, основополагающими критериями выбора типа экстракционного аппарата являются небольшие удельные затраты энергии для осуществления процесса экстракции, а также обеспечение им требуемого для проведения процесса времени контакта реагирующих жидкостей [1].
Этим требованиям в полной мере отвечают жидкостные экстракторы с пневмоперемешиванием или барботажные экстракторы. С точки зрения затрат удельной энергии на осуществление процесса экстракции, подобные аппараты расходуют до 3,5 -4,0 меньше электрической энергии по сравнению с экстракторами, в которых перемешивание жидкостей осуществляется с помощью различных мешалок [2,3].
Второму условию обеспечения достаточно длительного времени контакта реагирующих жидкостей для наиболее полного извлечения целевого компонента, с нашей точки зрения, полностью отвечает разработанная нами конструкция многоступенчатого барботажного экстрактора с увеличенным временем контакта фаз [4].
Устройство и принцип работы многоступенчатого барботажного экстрактора представлен на рис. 1.
Многоступенчатый барботажный экстрактор включает вертикальный корпус 1, разделенный перегородками 2 на отдельные секции-отстойники. На перегородках между внутренним 3 и наружным 4 патрубками смесительного устройства расположены дополнительные внутренний (нечетный) 5 и наружный (четный) 6 концентрические патрубки. Внутренний патрубок 5 закреплён в полотне верхней перегородки секции-отстойника и расположен с зазором к нижней перегородке секции-отстойника. Наружный патрубок 6 закреплён в полотне нижней перегородки секции-отстойника и расположен с зазором к верхней перегородке секции-отстойника. В нижней части внутреннего патрубка 3 смесительного устройства расположен газораспределительный насадок 7 с отверстиями 8 в боковой стенке. В полотне перегородки 2 крепятся также переточные трубки 9 для тяжёлой жидкости, которые в нижних заглушенных концах имеют отверстия 10. Верхний срез переточных трубок 9 поднят над перегородкой 2 и перекрыт колпачками 11 с прорезями 12 в нижней части и отверстиями 13 в верхних крышках. Работает экстрактор следующим образом.
Рис.1. Многоступенчатый барботажный экстрактор
Лёгкая жидкость через нижний срез газораспределительного насадка 7 поступает во внутрь патрубка 3. Туда же через отверстия 10 переточных трубок 9 из отстойной части вышележащей секции-отстойника поступает тяжёлая жидкость. При совместном движении смеси жидкостей снизу вверх внутри патрубка 3, далее сверху вниз между патрубками 3 и 5, затем снизу вверх между патрубками 5 и 6, наконец сверху вниз между патрубками 4 и 6, жидкости интенсивно перемешиваются барботирующим инертным газом, который поступает в патрубок 3 через отверстия 8 газораспределительных насадков 7. В верхней части пространства между патрубками 5 и 6 пузырьки газа отделяются от смеси жидкостей и газ выходит в зазор между верхней перегородкой секции-отстойника и верхним срезом патрубка 4, откуда поступает в смесительные устройства вышележащей
секции-отстойника. Смесь жидкостей выходит между патрубками 4 и 6 в отстойную часть секции-отстойника, где капли тяжёлой жидкости оседают в сплошной слой, границу которого определяет высота поднятия переточных трубок 9 над перегородкой 2, которая делит корпус экстрактора 1 на отдельные секции-отстойники.
Перекрытие верхних срезов переточных трубок 9 колпачками 11 с прорезями 12 в нижней части гарантирует попадание в трубки 9 только полностью отстоявшейся тяжёлой жидкости. Отверстия 13 служат для выхода воздуха из колпачков 11 при заполнении экстрактора жидкостями перед пуском.
Устанавливая между патрубками 3 и 4 любое, четное число дополнительных концентрических патрубков, каждый нечётный из которых, начиная с самого внутреннего, устанавливается с зазором к нижней перегородке секции, а каждый чётный - с зазором к верхней перегородке секции, можно обеспечить любое необходимое время контакта реагирующих жидкостей.
Нормальная работа экстрактора будет обеспечена в том случае, когда кольцевые каналы между патрубками 3 и 5, а также 4 и 6 будут иметь такое поперечное сечение, при котором скорость движения смеси жидкостей там будет больше скорости всплытия газовых пузырей в смеси жидкостей.
Эксперименты по установлению основных гидродинамических показателей аппарата, а также эффективности процессов массообмена, были проведены нами на лабораторной установке, схема которой представлена на рис. 2.
13
Рис.2. Схема установки
Зоны смешения экстрактора моделируют стеклянные обечайки 4, 14 и 15, сквозь которые можно визуально наблюдать протекающие в них процессы (дробление капель дисперсной фазы, поведение пузырей воздуха на перемешивание и др. Легкая фаза, расход которой регулируется ротаметром 7 и вентилем 6 подается в аппарат из ёмкости ЛФ с помощью насоса 2, а тяжелая фаза, расход которого регулируется ротаметром 15 и вентилем 13, поступает из ёмкости ТФ через отверстия в нижнем конце трубки 10. При совместном движении фаз снизу вверх внутри обечайки 4, сверху вниз внутри обечайки 14 и снизу вверх внутри обечайки 15, жидкости интенсивно перемешиваются подаваемым
от воздуходувки 28 инертным газом, расход которого регулируется ротаметром 9 и вентилем 8. Смесь жидкостей после аппарата собирается в ёмкости ТФ. Смесь жидкостей разделяется на легкую и тяжелую фазы в емкости 31, в которой также отделяется от жидкостей инертный газ, который выводится из установки через патрубок 16.
Для определения истинных размеров капель дисперсной фазы и пузырей газа используется фотоаппарат 22, а уровень расслаивающихся в емкости 31 жидкостей контролируется с помощью уровнемера 17 для регулирования стока тяжелой жидкости в емкость 30 вентилем 29.
На данной установке были осуществлены эксперименты по определению многих гидродинамических показателей многоступенчатого барботажного экстрактора.
Скорость истечения тяжелой жидкости в смесь жидкостей и газа через отверстия трубки можно рассчитать по следующему уравнению [5]:
2g2 • h\pT -рсм (l , (j)
шт —
т \ £
где рсм - плотность смеси легкой и тяжелой жидкостей, кг/м3;
Ф - объемное газосодержание; Рт - плотность тяжелой жидкости, кг/м3; £ - коэффициент сопротивления отверстия в трубке 10.
Поскольку для конкретной жидкостной системы все величины, входящие в (1), будут постоянными, кроме Ф, то производительность экстрактора по тяжёлой жидкости зависит именно от газосодержания ф .
При прямоточном движении жидкости и инертного газа объемное газосодержание определяется по зависимости [6]:
фпар = (1 - 0,04Юж ) • ф1 , (2)
а при противоточном движении жидкости и инертного газа объемное газосодержание можно определить по зависимости:
Юг против = (1 + 0,04Юж ) • ф1 , (3)
где Юж - приведенная скорость жидкости, м/с;
ф1 - газосодержание в неподвижной жидкости. Для расчета ф1 предложено эмпирическое уравнение:
ф1 = 2,47 • Юг0'97 , (4)
где Юг - приведенная скорость газа в зоне смешения, м/с.
Вывод. Перемешивание несмешивающихся жидкостей проводилось в зоне смешения типа зиг-заг. Это позволить увеличить время интенсивного перемешивания и повысить эффективность процесса экстракции. Объемные параметры газа в зоне смешения экстрактора ф, важны для проектирования аппарата, поэтому, размеры зон аппарата определяется в зависимости от них. В результате проведенных научных исследований выведены уравнения для определения газосодержания и скорости в зоне смешения в новом созданном аппарате.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алиматов Б.А. Развитие научно-технических основ конструирования жидкостных экстракторов с пневмоперемешиванием// Дисс.д.т.н. Ташкент, 2003.
2. Садуллаев Х.М., Матбабаев Д.М., Алиматов Б.А.,Хурсанов Б.Ж. К затратам энергии на пневмоперемешивание жидкостей в экстракционной установке с барботажным экстрактором// НТЖ ФерПИ, Scientific-technical journal (STJ FerPI), 2003, № 4. c. 85-88
3. Алиматов Б.А.,Хурсанов Б.Ж. и др. Затраты энергии при пневматическом и механическом перемешивании несмешивающихся жидкостей// Вестник БГТУ им. В.Г.Шухова. 2011, № 3. c. 111-112.
4. Алиматов Б.А., Хурсанов Б.Ж. Многоступенчатый барботажный экстрактор// Патент РФ № 2658053, кл. В01д11/04. 2018 г.
5. Алиматов Б.А., Соколов В.Н., Хурсанов Б.Ж. Влияние газосодержания на производительность барботажного экстрактора по тяжелой жидкости // НТЖ ФерПИ, Scientific-technical journal (STJ FerPI),2001. № 2. c. 93-94 .
6. Шендеров Л.З., Дильман В.В. Движение газа в барботажных реакторах // ТОХТ, 1988, №4. c.496-510.
