Смесителях отстойниках

Недавно промышленность начала выпускать небольшую установку из смесителей—отстойников, так называемый смеситель— • отстойник CRODA (фирма «CRODA Scientific Ltd. Reid Workg»,

Рис. 9. Небольшая непрерывная противоточная экстракционная установка из смесителей—отстойников: Н. Э — насыщенный экстракт, В — воздух, П. Н — постоянный напор, Отст. — отстойник, См — смеситель, Р. С — регулятор слива, О. Р — органический раствор

Два раствора поступают в центральное смесительное отделение через две вводные трубки. Растворы диспергируются, и получившаяся эмульсия поднимается вверх по трубке вращающимся винтом. Мешалка и винтовой подъемник составляют единое целое и изготовлены из одного стержня из политетрафторэтилена, закрепленного на оси из нержавеющей стали. Эмульсия перетекает через отверстие в стенке трубки смесителя во внешнее отделение кольцевого сечения, которое служит в качестве отстойника. Легкая и тяжелая фазы выходят из отстойника через боковые отводы. Уровень раздела фаз регулируется изменением высоты вывода тяжелой фазы. Стеклянная цилиндрическая перегородка направляет эмульсию в зону смеси фаз, откуда легкая фаза направляется к трубке ее вывода. Растворы контактируют только со стеклом, политетрафторэтиленом и нержавеющей сталью, поэтому установка пригодна для работы практически со всеми экстракционными системами.

Рис. 10. Лабораторный смеситель—отстойник фирмы

/ — колпак, 2 — мешалка, 3 — ввод, 4 — вывод легкой фазы, 5 — вывод тяжелой фазы, 6 — регулирование уровня поверхности раздела фаз, 7 — смеситель, 8 — отстойник

На скорость массопереноса через границу фаз наряду с другими факторами влияет распределение капель по их размерам или величина межфазной поверхности. Размеры капель в свою очередь зависят от способа перемешивания и типа смесителя, поверхностного натяжения н плотности двух фаз. При прочих равных условиях чем мельче капли, тем выше скорость массопереноса. Однако с увеличением дисперсности капель требуется большее время коалесценции н, следовательно, больший размер отстойника. Кроме того, с уменьшением размеров капель дисперсной фазы поведение их все более и более приближается к поведению жестких сфер и скорость массопереноса уменьшается. Таким образом, выбор экстракционного оборудования определяют кинетика системы и необходимые условия диспергирования н коалесценции. Например, для систем с малой скоростью массопереноса требуется большее диспергирование, и в данном случае наиболее подходящим может быть смеситель—отстойник. В противоположность этому системы с высокой скоростью массопереноса открывают более широкие возможности для выбора оборудования. Скорость массопереноса будет также зависеть от соотношения фаз и выбора сплошной фазы.

Смеситель -- отстойник, смеситель Кеникса

Рис. 12. Смеситель—отстойник:

/ — ввод водиой фазы; 2 — ввод органической фазы; 3 — смеситель (органическая фаза сплошная); 4 — возврат органической фазы; 5 — вывод органической фазы; 6 — органическая фаза; 7 — водная фаза; 8 — отстойник; 9 — вывод водиой фазы

Смеситель-отстойник фирмы «Kemira» [71 ] также обладает некоторыми преимуществами по сравнению с экстракторами с обычными насосами-смесителями. Хотя основная область его применения — производство азот- и фосфорсодержащих удобрений, этот экстрактор используют также и для извлечения редкоземельных элементов из фосфатного сырья. Инверсию фаз сводят к минимуму за счет конструктивных элементов, воздействующих на характер потоков.

Рис. 16. Смеситель—отстойник фирмы «Power — Gas»:

Рассмотрим разделение двух сходных по своим химическим свойствам металлов — кобальта и никеля, экстракционные характеристики которых почти одинаковы. Все имеющиеся экстра-тенты очень плохо разделяют эти металлы. Приблизительное представление о том, сколько ступеней экстракции потребуется для разделения металлов можно получить следующим образом. Ор-- ганический раствор несколько раз контактируют со свежими порциями водного раствора, анализируют после каждой стадии, а затем строят график зависимости содержания металла от числа стадий (рис. 8). Приближенное значение числа стадий, необходимых для получения заданного отношения Co/Ni, можно получить, эктраполировав полученную кривую к большему числу стадий. В случае, представленном на рис. 8, для достижения отношения Co/Ni около 100 требуется. ~60 стадий экстракции. Такое число ступеней слишком велико для работы в смесителях—отстойниках и других контактных аппаратах. Для данного случая очень эффективными оказались пульсационные колонны с ситчатыми тарелками [1 ].

На рис. 53 приведено сравнение относительных эффективно-стей извлечения меди в различных экстракторах при равновесном значении рН = 8. Эти данные относятся к условиям работы при обычной температуре со сплошной водной фазой. При работе колонны Mixco со сплошной органической фазой была достигнута не только более высокая производительность, но и увеличено извлечение меди от 73,1 до 98,2 %. При подогреве извлечение также повышалось. В пульсационной колонне повышение температуры от 25 до 60 °С приводило к понижению поверхностного натяжения и вязкости,- что позволило увеличить частоту пульсации от 0,5 до 1,25 с'1, а также извлечение от 56,4 до 91,6 %. Максимальное извлечение меди в смесителях-отстойниках достигалось при рН = = 7-^8, с повышением рН требовалось большее число ступеней. При рН = 8 и 60 °С для 99,7 %-ного извлечения меди требовались только две ступени. При 55°С извлечение меди в экстракторе фирмы «Graesser» составляло 99,5%.

обеспечивает лучшую селективность при 60 °С и рН = 7 хотя при рН — 8 достигается несколько более высокое извлечена меди. В смесителях-отстойниках максимальная селективносп получается при рН = 8, повышение температуры до 60 °С улуч шает селективность, и в этом случае требуются всего две ступеш для достижения Си : Zn = 78 и Си : Ni = 17,8. Эти отношенш выше, чем при рН = 9, когда увеличение числа ступеней приводи-к увеличению отношения Си : Zn, но и уменьшению отношение Си : Ni.

Самым важным является контроль скоростей потоков фа: в особенности на стадиях промывки и реэкстракции. Необходим также контролировать и регулировать высоту границы раздел фаз. Границу раздела фаз в смесителях-отстойниках регулирую вручную с помощью переливных порогов. Положение ее контре лируют кондуктометрическими датчиками, сигнализирующим: о верхнем и нижнем уровнях. Кондуктометрические датчик: используют также в смесителях-отстойниках, а иногда -в колоннах для определения характера сплошной фа зы [2, 4, 6].

При испытаниях на опытной установке, построенной по данш лабораторных испытаний, для извлечения кобальта из промыто органического раствора применяли серную или азотную кислот Опыты по реэкстракции в чанах подтвердили результаты опыт в смесителях-отстойниках. Например, при концентрации серш кислоты 10 % для извлечения 99,7 % кобальта требуются лиц две ступени реэкстракции. При этом получается водный раство содержащий кобальта 100 г/л.

составляло 4,5, экстракцию приводили при 22 °С в шести смесителях-отстойниках при

ществ длительность удерживания при экстракции. Фирмой «Windscale» изучалось влияния излучения для смесителей-отстойников, пульсационных колонн и центробежных экстракторов [327]. Коэффициент очистки DFZr/m для стадий экстракции и промывки в смесителях-отстойниках оказался равным 10, в пульсационных колоннах — 300, а в центробежных экстракторах — 500. Это показывает, что смесители-отстойники непригодны для переработки ядерного горючего, а пульсационные колонны и центробежные экстракторы достаточно пригодны. По причине их относительной простоты и меньшей стоимости для дальнейшего

Авторы [328] также изучали возможность использования различного оборудования в схеме Purlex. Были проверены и сопоставлены смесители-отстойники, центробежные экстракторы и пульсационные колонны. Изучалось в каких аппаратах при экстракции легче образуется «борода». Смесители-отстойники и центробежные экстракторы при ее возникновении становятся непригодны, тогда как пульсационные колонны самоочищаются от твердых веществ. В них не накапливаются твердые вещества и не происходит забивания. По этим причинам для большинства заводов по переработке ядерного горючего предпочтение отдается пульсационным колоннам. В США с 1966 г. используются центробежные экстракторы [329]. Согласно имеющимся сведениям, их технологические характеристики вполне удовлетворительны. Степень радиационного разложения экстрагента и разбавителя в них меньше чем в смесителях-отстойниках.

Горное бюро США опубликовало данные об экстракции ванадия после сернокислотного выщелачивания доломитового сланца [353]. Для экстракции был выбран 0,075 М раствор дитридецила-мина в керосине. Предварительно были изучены вторичные, третичные амины и четвертичные аммониевые основания. Из раствора, содержащего 3 г/л V2O5 при рН = 2,5 в трех смесителях-отстойниках при В/О = 4 экстрагируется более 99 % ванадия. Для насыщения органического раствора до концентрации 12 г/л V2O5 достаточно время контакта в смесителе, равное 2 мин. Реэкстрак-ция ванадия производится 1,5 М раствором карбоната натрия в двух ступенях смесителя-отстойника при О/В = 8. Ванадий из реэкстракта осаждают аммиаком в виде метаванадата аммония.

четыре ступени экстракции. Для уменьшения числа ступеней требуется небольшой избыток экстрагента. Алюминий, который экстрагируется слабо, и хром, если он присутствует, удаляют из органического раствора промывкой раствором нитрата натрия, содержащим 5 г/л ванадия и имеющим рН = 12, при О/А = 9. Промывной раствор должен содержать ванадий <5 г/л, иначе может произойти дополнительное насыщение органического раствора ванадием в том случае, если в растворе после выщелачивания присутствуют также другие соли. Увеличение степени насыщения ванадия приводит к повышению затрат на реэкстрак-цию, а также к увеличению количества ванадия в незавершенном производстве. Ванадий, из органического раствора извлекаемый раствором, содержащим 10 г/л аммиака и 140 г/л хлорида аммония, осаждается в виде метаванадата аммония. Органический раствор частично извлекают из пульпы в смесителях-отстойниках, затем смесь водного раствора и органического раствора разделяют на двух центрифугах. После сушки в аппарате с разбрызгиванием материал прокаливают до УгО6 при 690 °С. Продукт имеет следующий типичный состав: 54,5 % ванадия, 0,08 % алюминия, 0,03 % хрома, 0,02 % натрия, 0,02 % хлора. Потери при прокаливании составляют 0,12 %. При более тщательной промывке и, возможно, при введении еще одной ступени промывки органического раствора можно получить более чистый V2O6. Так как экстракции хрома и ванадия аналогичны, возможно их совместное экстрагирование. В этом случае должно проводиться разделение и очистка селективной реэкстракцией в небольших аппаратах.

колонне насыщенный экстрагент промывали водой, а уран реэкст-рагировали содовым раствором в смесителях-отстойниках. Перед экстракцией экстрагент подкисляли серной кислотой (рис. 240).