Гидрометаллургия

НАСАДКИ ДЛЯ ПУЛЬСАЦИОННЫХ КОЛОНН
Для упорядочения гидродинамического режима, дробления дисперсной фазы и увеличения поверхности контакта реагентов в колонных аппаратах используют различные насадки насыпного и тарельчатого типов. На первом этапе развития пульсационных колонн их применяли только для экстракции в системе жидкость—жидкость, оборудуя распространенными в то время насыпными насадками типа колец Рашига и колец Палля и ситчатыми тарелками. Однако при увеличении габаритов колонн их эффективность (как и непульсационных) резко уменьшалась. Многочисленные работы по усовершенствованию насадок и тарелок, оптимизации геометрических характеристик, подбору соответствующих материалов для их изготовления, установке специальных перераспределителей потоков и т. д. привели к некоторому улучшению работы более крупных аппаратов. Однако насыпные насадки были почти повсеместно отвергнуты как малопроизводительные, и в настоящее время за рубежом в пульсационных экстракторах применяют в основном ситчатые тарелки.
Большое значение для пульсационной техники имела разработка в 1961 г. «пакетной», или тарельчатой, распределительной насадки КРИМЗ (Рис.9,10). Она обладает уникальными характеристиками при распределении реагентов по сечению аппарата, большим проходным сечением и таким размером отверстий, что появилась возможность
использования ее и для проведения процессов с участием твердой фазы, что затруднительно или невозможно на насадках других типов. В настоящее время насадку КРИМЗ применяют для проведения различных процессов с жидкими, твердыми и газообразными реагентами в двух-т
рехфазных системах.
Рис 9
Элемент тарельчатой насадки КРИМЗ представляет собой диск с множеством прямоугольных отверстий, короткие стороны которых снабжены отогнутыми вверх и вниз направляющими лопатками. На каждой тарелке отверстия и лопатки расположены в одном направлении, например в насадке КРИМЗ-1 — по концентрическим окружностям (рис. 10). На одних тарелках лопатки направлены по часовой стрелке, на других — против. Такие тарелки всегда устанавливают в паре (пакет из двух тарелок), так, что при сборке они чередуются.
Тарелки КРИМЗ являются провальными. Их проходное сечение достигает 50—60% и ограничено требованиями прочности и жесткости, а размер отверстий достаточно велик (см. табл. 2). Угол наклона направляющих лопаток а составляет 10—45°. При а=25—30° проходное сечение определяется не размером отверстий, а щелями между лопатками и диском.
На каждой тарелке имеется большое число соплообразных перемешивающих устройств, через которые движется поток реагентов. Каждый единичный поток приводит в движение
о
кружающую сплошную фазу, создавая множество микровихрей, в результате чего весь объем над тарелкой и под ней интенсивно перемешивается. Из рис. 10 видно, что каждая струя в соответствии с направлением лопаток движется по окружности, по которой расположены отверстия. При пульсации движение происходит попеременно на верхней и нижней плоскостях тарелок. Взаимодействие струй приводит жидкость на тарелке во вращательное движение по часовой стрелке или против нее, в зависимости от установки лопаток, так что создается интенсивное радиальное перемешивание. Рис 10
В результате чередования тарелок с разным направлением лопаток в каждом межтарельчатом пространстве фазы вращаются в направлениях, противоположных направлениям вращения на предыдущей и последующей тарелке, так что результирующим является зигзагообразное или спиралевидное движение фаз по высоте колонны. Тем самым предотвращаются образование застойных зон, канальный и пристеночный эффекты даже при больших зазорах между тарелкой и стенкой колонны (до 15 мм при Дк=1,5 м). Наложение пульсационных колебаний увеличивает скорость потоков, а это приводит к дополнительному увеличению как радиального, так и, к сожалению, продольного перемешивания. Усредненная скорость колебаний, численно равная интенсивности пульсации, обычно значительно больше скорости подачи жидкости.
Благодаря большому проходному сечению производительность колонн с тарельчатой насадкой КРИМЗ оказалась значительно выше, чем колонн с другими конструкциями распределителей потоков — ситчатых тарелок и насыпных насадок.
Вследствие относительно большого размера отверстий в тарелках КРИМЗ число их сравнительно невелико. Изготовление тарелок не требует высокой точности, а при монтаже не нужны специальные уплотнения между тарелкой и стенкой, что упрощает и удешевляет производство и монтаж тарелок КРИМЗ по сравнению с другими. Так, стоимость ситчатой тарелки вместе с крепежными элементами в 5—10 раз больше, чем тарелки КРИМЗ того же диаметра. При сравнении тарелок равной производительности разница еще больше.
Перечисленные характеристики тарелок КРИМЗ обусловили широкое применение их в пульсационных колоннах.