RU2325209C1

RU2325209C1 - Centrifugal extractor (variants)

Info

Publication number: RU2325209C1
Application number: RU2006142144/15A
Authority: RU
Inventors: Василий Егорович Бажин (RU); Василий Егорович Бажин; Рудольф Шакирович Просвирнин (RU); Рудольф Шакирович Просвирнин; Рудольф Николаевич Питеркин (RU); Рудольф Николаевич Питеркин
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие Федеральный научно-производственный центр "Алтай"
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-05-27

Abstract

FIELD: machine building; design of centrifugal extractors.

SUBSTANCE: extractor consists of the drive shaft, housing, sectional rotor, and central fixed pipe. Each section is equipped with a pre-separation chamber connected by channel with separation chamber, communicating with the plenum chamber. Replaceable cylinders having channels in the walls and equipped with tubes and mixing tubes are located coaxially to the pipe forming a ring-type passage. Extractor has receiving chambers for the waste liquids. In variant 2 extractor has a discharge chamber for the target product.

EFFECT: enhancement of operation abilities at simplification of structure and enlargement of nomenclature of the liquids to be treated.

4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области экстракционной технологии, конкретно к конструкциям центробежных экстракторов, которые могут использоваться для проведения массообменных процессов в системах жидкость-жидкость, включая нестабильные, способные к неуправляемому разложению, в частности, в процессе стабилизации нитроглицерина и подобных жидких нитратных эфиров, который заключается в экстракции из них азотной и серной кислот водой и растворами соды, при этом экстракция содовыми растворами сопровождается реакцией нейтрализации кислот.The invention relates to the field of extraction technology, specifically to the designs of centrifugal extractors that can be used for mass transfer processes in liquid-liquid systems, including unstable, capable of uncontrolled decomposition, in particular, in the process of stabilization of nitroglycerin and similar liquid nitrate esters, which consists in extraction of nitric and sulfuric acids from them with water and soda solutions, while extraction with soda solutions is accompanied by an acid neutralization reaction.

Из уровня техники известна конструкция центробежного экстрактора, принятого за прототип для каждого из независимых вариантов, по патенту №2084262 (дата публикации 1997.07.20., бюллетень №20, ч. II), содержащего приводной вал, неподвижный кожух, средства смешения обрабатываемой и промывной жидкостей, средства подачи и вывода жидкостей, узел, способный вращаться внутри кожуха вокруг его вертикальной оси и состоящий из, по меньшей мере, трех секций, каждая из которых оснащена сепарационной камерой.The prior art design of a centrifugal extractor, adopted as a prototype for each of the independent options, according to patent No. 2084262 (publication date 1997.07.20., Bulletin No. 20, part II), containing a drive shaft, a fixed casing, the processed and flushing mixers liquids, means for supplying and withdrawing liquids, a unit capable of rotating inside the casing around its vertical axis and consisting of at least three sections, each of which is equipped with a separation chamber.

Известный экстрактор, обладая достоинствами экстрактора с низкой загрузкой обрабатываемой жидкости при отсутствии разъемных соединений в зонах ее нахождения, не может применяться для экстрагирования нестабильных, способных к неуправляемому разложению жидкостей по следующим причинам: обрабатываемая жидкость в нем перемещается по проходам между вращающимися с большой скоростью узлом и неподвижной стенкой корпуса, где подвергается высоким механическим воздействиям, способным вызвать детонацию жидкости с указанными свойствами; нагнетание обрабатываемой жидкости через сопла также недопустимо из-за возможной детонации; использование смесительного устройства типа инжектора недостаточно эффективно, что подтверждает практика использования инжекторов при транспортировке нестабильных жидкостей, например, нитроэфиров, когда для образования стабильной эмульсии в потоке после инжектора требуется установка напорных трубопроводов длиной не менее 10 м (в указанной конструкции используется короткий канал); кроме того, в смесителе типа инжектора невозможно получить развитую поверхность контакта обрабатываемой и промывной жидкостей, т.к. диаметр капель эмульсии превышает 20 мкм; экстрактор сложен в изготовлении из-за необходимости выполнения разнонаправленных каналов и канавок как в неподвижном корпусе, так и в стенках вращающего узла, а также из-за формирования сложных стенок сепарационной камеры; крепление секций вращающегося узла зажимом стенки между частями вала ненадежно, особенно при появлении дисбаланса в какой-либо секции вращающегося узла в случае отложения солей жесткости внутри каналов; кроме того, в известном экстракторе предусматриваются дополнительные меры по герметизации мест соединения частей корпуса либо требуется размещение всей конструкции во внешнюю герметичную оболочку; при изменении плотностей участвующих в процессе экстрагирования жидкостей известная конструкция не позволяет поддерживать стабильным уровень их раздела в связи с тем, что ввод эмульсии в каждую сепарационную камеру организован через ее основание и при осуществлении сепарации обрабатываемая жидкость находится вблизи наружной стенки секции вращающегося узла, а обрабатывающая жидкость накапливается вблизи вала, что не обеспечивает надежное и качественное разделение эмульсии на тяжелую (обрабатываемая жидкость) и легкую (отработанная жидкость) фазы.A well-known extractor, possessing the advantages of an extractor with a low loading of the processed fluid in the absence of detachable joints in the zones of its location, cannot be used to extract unstable, uncontrollable decomposable fluids for the following reasons: the processed fluid in it moves along the passages between the node rotating at a high speed and a fixed wall of the body, where it is subjected to high mechanical stresses that can cause detonation of a liquid with the indicated properties; injection of the treated fluid through nozzles is also unacceptable due to possible detonation; the use of an injector-type mixing device is not efficient enough, which confirms the practice of using injectors when transporting unstable liquids, for example, nitroesters, when pressure pipelines with a length of at least 10 m are required to form a stable emulsion in the stream after the injector (a short channel is used in this design); in addition, in a mixer of the injector type, it is impossible to obtain a developed contact surface of the processed and washing liquids, because the diameter of the droplets of the emulsion exceeds 20 microns; the extractor is difficult to manufacture due to the need to perform multidirectional channels and grooves both in the stationary body and in the walls of the rotating unit, as well as due to the formation of complex walls of the separation chamber; the fastening of the sections of the rotating assembly by a wall clamp between the parts of the shaft is unreliable, especially when there is an imbalance in any section of the rotating assembly in case of deposition of hardness salts inside the channels; in addition, in the known extractor provides additional measures for sealing the joints of the parts of the housing or requires placement of the entire structure in an external airtight shell; when the densities of the liquids involved in the extraction process change, the known design does not allow to maintain a stable level of their separation due to the fact that the input of the emulsion into each separation chamber is organized through its base and when separating, the processed fluid is located near the outer wall of the rotating unit section, and the processing fluid accumulates near the shaft, which does not provide reliable and high-quality separation of the emulsion into heavy (processed fluid) and light (spent liquid) phases.

В качестве группы изобретений предлагаются два независимых варианта центробежного экстрактора, которые решают одну и ту же задачу - расширение эксплуатационных возможностей при упрощении конструкции с расширением номенклатуры обрабатываемых жидкостей, включая нестабильные, способные к неуправляемому разложению, за счет организации высокоскоростного турбулентного пристеночного движения жидкостей с образованием высокоразвитой поверхности массообмена, обеспечения подачи жидкостей в средство смешения тонким слоем, при одновременном поддержании стабильным расположения уровня раздела жидкостей при изменении их плотностей, обусловленные конструктивными особенностями заявляемого центробежного экстрактора.As a group of inventions, two independent versions of a centrifugal extractor are proposed that solve the same problem - expanding operational capabilities while simplifying the design and expanding the range of processed fluids, including unstable, capable of uncontrolled decomposition, due to the organization of high-speed turbulent wall-to-wall fluid movement with the formation of highly developed mass transfer surfaces, ensuring the supply of liquids to the mixing medium in a thin layer, while simultaneously m maintaining a stable location of the level of separation of liquids when changing their densities, due to the design features of the inventive centrifugal extractor.

Поставленная задача решается предлагаемой конструкцией центробежного экстрактора (вариант 1), содержащего приводной вал, неподвижный кожух, средства смешения обрабатываемой и промывной жидкостей, средства подачи и вывода жидкостей, узел, способный вращаться внутри кожуха вокруг его вертикальной оси и состоящий из, по меньшей мере, трех секций, каждая из которых оснащена сепарационной камерой. Согласно изобретению секции собраны в ротор, каждая из секций оснащена предсепарационной камерой, соединенной переходным каналом с сепарационной камерой, а также содержит нагнетательную камеру, связанную в пределах секции проходами с сепарационной камерой, экстрактор снабжен центральной неподвижной трубой, собранной в единую структуру, прикрепленную к крышке кожуха, с набором сменных пустотелых цилиндров, расположенных коаксиально трубе с образованием кольцеобразного прохода, сообщающегося через канал, размещенный в его дне, посредством наклонного соединительного канала с первой приемной камерой для отработанной жидкости и связанного через горизонтальный канал с предсепарационной камерой нижней из секций, при этом проходящие внутри стенки корпуса каждого пустотелого цилиндра вертикальные каналы сообщаются посредством патрубков с каждой нагнетательной камерой, на каждом цилиндре закреплена смесительная трубка в форме одновиткового змеевика, выходной конец которой размещен в предсепарационной камере последующей секции, а заборный конец расположен в нагнетательной камере, направлен навстречу вращения ротора и размещен таким образом, что зазор между ним и стенкой нагнетательной камеры не превышает толщину слоя обрабатываемой жидкости, при которой исключена возможность ее детонации при любых воздействиях, причем смесительная трубка, закрепленная на верхнем цилиндре, выведена через кожух экстрактора, при этом каждый цилиндр, кроме верхнего и нижнего, снабжен трубкой, входной конец которой введен в сепарационную камеру, а выходной конец сообщается с кольцеобразным проходом, при этом нижняя из секций оснащена сменным регулирующим кольцеобразным элементом, имеющим отбортовку, направленную к его оси симметрии, кроме того экстрактор снабжен второй приемной камерой для отработанной жидкости, сообщающейся с сепарационной камерой нижней из секций через вертикальные каналы в ее дне и горизонтальные каналы, выполненные в кольцеобразном элементе.The problem is solved by the proposed design of a centrifugal extractor (option 1), containing a drive shaft, a fixed casing, means for mixing the processed and washing liquids, means for supplying and withdrawing liquids, a node capable of rotating inside the casing around its vertical axis and consisting of at least three sections, each of which is equipped with a separation chamber. According to the invention, the sections are assembled in a rotor, each of the sections is equipped with a pre-separation chamber connected by a transition channel to the separation chamber, and also contains a discharge chamber connected within the section by passages with a separation chamber, the extractor is equipped with a central fixed tube assembled into a single structure attached to the lid casing, with a set of interchangeable hollow cylinders located coaxial to the pipe with the formation of an annular passage communicating through a channel located in its bottom, in the middle by twisting the inclined connecting channel with the first receiving chamber for the spent liquid and connected through the horizontal channel with the pre-separation chamber the lower of the sections, while the vertical channels passing inside the walls of the body of each hollow cylinder communicate via nozzles with each discharge chamber, a mixing tube is fixed on each cylinder in the form single-coil coil, the output end of which is located in the pre-separation chamber of the subsequent section, and the intake end is located in the discharge the front of the rotor and placed in such a way that the gap between it and the wall of the injection chamber does not exceed the thickness of the layer of the treated fluid, which excludes the possibility of detonation under any impact, and the mixing tube mounted on the upper cylinder is discharged through the casing of the extractor moreover, each cylinder, except for the upper and lower, is equipped with a tube, the inlet end of which is introduced into the separation chamber, and the outlet end communicates with an annular passage, while the lower projections of regulatory equipped with a replaceable annular element having flanging directed towards the axis of symmetry furthermore extractor provided with a second chamber for receiving the waste liquid, the separating chamber communicating with the bottom of the vertical sections through channels in its bottom and horizontal channels formed in the annular member.

В частности, заборный конец каждой смесительной трубки срезан под углом таким образом, что плоскость сечения обращена к стенке нагнетательной камеры, при этом выходной конец смесительной трубки каждой секции, кроме верхней, выполнен в виде горизонтально ориентированной щели.In particular, the intake end of each mixing tube is cut at an angle so that the section plane faces the wall of the discharge chamber, while the outlet end of the mixing tube of each section, except for the upper one, is made in the form of a horizontally oriented slit.

Поставленная задача решается предлагаемой конструкцией центробежного экстрактора (вариант 2), содержащего приводной вал, неподвижный кожух, средства смешения обрабатываемой и промывной жидкостей, средства подачи и вывода жидкостей, узел, способный вращаться внутри кожуха вокруг его вертикальной оси и состоящий из, по меньшей мере, трех секций, каждая из которых оснащена сепарационной камерой. Согласно изобретению секции собраны в ротор, каждая из секций оснащена предсепарационной камерой, связанной переходным каналом с сепарационной камерой, а также каждая из секций, кроме верхней, содержит нагнетательную камеру, связанную в пределах секции проходами с сепарационной камерой, экстрактор снабжен центральной неподвижной трубой, собранной в единую структуру, прикрепленную к крышке кожуха, с набором сменных пустотелых цилиндров, расположенных коаксиально трубе с образованием кольцеобразного прохода, сообщающегося через канал, размещенный в его дне, посредством наклонного соединительного канала с первой приемной камерой для отработанной жидкости и связанного через горизонтальный канал с предсепарационной камерой нижней из секций, при этом проходящие внутри стенки корпуса каждого пустотелого цилиндра вертикальные каналы сообщаются посредством патрубков с каждой нагнетательной камерой, на каждом цилиндре, кроме верхнего, закреплена смесительная трубка в форме одновиткового змеевика, выходной конец которой размещен в предсепарационной камере последующей секции, а заборный конец расположен в нагнетательной камере, направлен навстречу вращения ротора и размещен таким образом, что зазор между ним и стенкой нагнетательной камеры не превышает толщины слоя обрабатываемой жидкости, при которой исключена возможность ее детонации при любых воздействиях, при этом каждый цилиндр, кроме верхнего и нижнего, снабжен трубкой, входной конец которой введен в сепарационную камеру, а выходной конец сообщается с кольцеобразным проходом, при этом нижняя из секций оснащена сменным регулирующим кольцеобразным элементом, имеющим отбортовку, направленную к его оси симметрии, кроме того экстрактор снабжен второй приемной камерой для отработанной жидкости, сообщающейся с сепарационной камерой нижней из секций через вертикальные каналы в ее дне и горизонтальные каналы, выполненные в кольцеобразном элементе, а сепарационная камера верхней секции через промежуточную камеру сообщена с камерой вывода целевого продукта.The problem is solved by the proposed design of a centrifugal extractor (option 2), containing a drive shaft, a fixed casing, means for mixing the processed and washing liquids, means for supplying and outputting liquids, a node capable of rotating inside the casing around its vertical axis and consisting of at least three sections, each of which is equipped with a separation chamber. According to the invention, the sections are assembled in a rotor, each of the sections is equipped with a pre-separation chamber, connected by a transition channel to the separation chamber, and each of the sections, except the upper one, contains a discharge chamber connected within the section by passages with a separation chamber, the extractor is equipped with a central fixed tube assembled into a single structure attached to the cover of the casing, with a set of interchangeable hollow cylinders located coaxial to the pipe with the formation of an annular passage communicating through the channel, placed in its bottom by means of an inclined connecting channel with a first receiving chamber for the spent liquid and connected through the horizontal channel with the pre-separation chamber of the lower of the sections, while the vertical channels passing inside the walls of the housing of each hollow cylinder are communicated by pipes with each discharge chamber on each cylinder in addition to the top, a mixing tube in the form of a single-turn coil is fixed, the output end of which is placed in the pre-separation chamber of the subsequent section, and the intake end is located in the discharge chamber, directed towards the rotation of the rotor and placed in such a way that the gap between it and the wall of the discharge chamber does not exceed the thickness of the layer of the treated fluid, which excludes the possibility of detonation under any influences, with each cylinder, except the upper and lower, is equipped with a tube, the inlet end of which is introduced into the separation chamber, and the outlet end communicates with an annular passage, while the lower of the sections is equipped with a replaceable regulating ring-shaped the second element having a flange directed to its axis of symmetry, in addition, the extractor is equipped with a second receiving chamber for the spent liquid, communicating with the separation chamber of the lower section through vertical channels in its bottom and horizontal channels made in an annular element, and the separation chamber of the upper section through an intermediate chamber communicated with the output camera of the target product.

В частности, заборный конец каждой смесительной трубки срезан под углом таким образом, что плоскость сечения обращена к стенке нагнетательной камеры, при этом выходной конец каждой смесительной трубки выполнен в виде горизонтально ориентированной щели.In particular, the intake end of each mixing tube is cut at an angle so that the section plane faces the wall of the discharge chamber, while the outlet end of each mixing tube is made in the form of a horizontally oriented slit.

Заявляемый центробежный экстрактор (варианты) отличается от ближайшего аналога выполнением кожуха цельным (в прототипе - составным из элементарных деталей, требующим усиленной герметизации); иным конструктивным выполнением узла, способного вращаться внутри кожуха вокруг его вертикальной оси - в виде ротора (в прототипе - барабаны, закрепленные вокруг вала); иным средством смешения жидкостей - в виде трубки, являющейся одновременно транспортным каналом для смешивающихся жидкостей (в прототипе - сложная структура из системы канавок, сопел, инжекторов, выполненных в стенках вращающихся деталей); наличием нагнетательных камер; наличием центральной трубы для транспортирования обрабатываемой жидкости внутри экстрактора (в прототипе жидкость движется по каналам в стенках кожуха); наличием двух приемных камер для отработанных жидкостей - кислой и щелочной; наличием сменных элементов, расширяющих эксплуатационные удобства.The inventive centrifugal extractor (options) differs from the closest analogue by the complete casing performance (in the prototype - composite of elementary parts requiring enhanced sealing); another structural embodiment of the node, capable of rotating inside the casing around its vertical axis - in the form of a rotor (in the prototype - drums fixed around the shaft); another means of mixing liquids - in the form of a tube, which is also a transport channel for miscible liquids (in the prototype - a complex structure of a system of grooves, nozzles, injectors made in the walls of rotating parts); the presence of discharge chambers; the presence of a Central pipe for transporting the processed fluid inside the extractor (in the prototype, the fluid moves along the channels in the walls of the casing); the presence of two receiving chambers for waste liquids - acidic and alkaline; the presence of replaceable elements that expand operational convenience.

Кроме того, в предлагаемом техническом решении иначе организовано распределение зон подачи в экстрактор и вывода из него жидкостей: подача обрабатываемой и промывной жидкостей осуществляется сверху, а вывод целевого продукта и отработанных жидкостей сверху и снизу экстрактора соответственно. В прототипе зона подачи обрабатываемой жидкости размещена вверху экстрактора, зона вывода целевого продукта - снизу; зона подачи промывной жидкости - снизу, а зона вывода отработанной жидкости находится вверху экстрактора.In addition, in the proposed technical solution, the distribution zones of the supply and extraction of liquids from the extractor are organized differently: the processed and washing liquids are supplied from above, and the target product and spent liquids are removed from the top and bottom of the extractor, respectively. In the prototype, the feed zone of the processed fluid is located at the top of the extractor, the output zone of the target product is from the bottom; the washing liquid supply zone is from below, and the waste liquid outlet zone is at the top of the extractor.

В каждом из независимых вариантов эффективное дробление несмешивающихся жидкостей достигается в высокоскоростных жидкостных потоках, когда они движутся в пристенной части потока, где из-за высокого градиента скорости капли подвергаются интенсивной деформации и разрывному сдвигу соседних слоев потока и дробятся на еще более мелкие капли.In each of the independent variants, effective crushing of immiscible liquids is achieved in high-speed liquid flows when they move in the near-wall part of the stream, where, due to the high velocity gradient, the droplets undergo intense deformation and discontinuous shear of adjacent layers of the flow and are crushed into even smaller droplets.

Для получения высокотурбулентного пристенного движения жидкости направляются из вращающегося с большой частотой ротора в канал неподвижной трубки тонким слоем. Заборная часть трубки располагается на расстоянии 1,0-1,5 мм от стенки ротора, для того чтобы слой обрабатываемой жидкости не превышал эти размеры. Критический диаметр детонации наиболее чувствительного к механическим воздействиям из возможных для осуществления обработки жидких веществ - нитроглицерина - составляет 1,9 мм, поэтому слой толщиной менее 1,9 мм не способен детонировать ни при каких воздействиях. Этим гарантируется безопасность процесса при применении заявляемой конструкции экстрактора. Испытания макета смесительной трубки при круговой скорости нагнетания нитроглицерина и воды в трубку диаметром 8 мм, равной 45 м/с, показали, что на выходе из нее образуется эмульсия с размером капель нитроглицерина 3-6 мкм. Следовательно, поверхность контакта фаз в такой эмульсии по сравнению с эмульсиями, образуемыми в смесителях типа инжектора, возрастает в 11-40 раз.To obtain highly turbulent near-wall motion, liquids are sent from the rotor rotating with a high frequency into the channel of the stationary tube in a thin layer. The intake part of the tube is located at a distance of 1.0-1.5 mm from the wall of the rotor, so that the layer of the processed fluid does not exceed these sizes. The critical detonation diameter of the most sensitive to mechanical influences of the possible for the processing of liquid substances - nitroglycerin - is 1.9 mm, so a layer with a thickness of less than 1.9 mm is not able to detonate under any influences. This guarantees the safety of the process when using the inventive design of the extractor. Tests of the mixing tube model at a circular speed of injection of nitroglycerin and water into the tube with a diameter of 8 mm, equal to 45 m / s, showed that an emulsion is formed at the outlet from it with a droplet size of 3-6 microns nitroglycerin. Consequently, the phase contact surface in such an emulsion, in comparison with the emulsions formed in mixers of the injector type, increases by 11–40 times.

Таким образом, совокупность отличительных от прототипа признаков заявляемого решения (в каждом из двух независимых вариантов) с остальными существенными признаками позволила достичь вышеуказанный технический результат, который невозможно получить при реализации изобретения по прототипу в силу особенностей конструкции известного экстрактора, и решить поставленную задачу.Thus, the set of distinctive features from the prototype of the features of the proposed solution (in each of two independent options) with the remaining essential features made it possible to achieve the above technical result, which cannot be obtained when implementing the invention according to the prototype due to the design features of the known extractor, and to solve the problem.

Предлагаемый центробежный экстрактор (варианты) иллюстрируется чертежами:The proposed centrifugal extractor (options) is illustrated by the drawings:

фиг.1 - продольный разрез экстрактора (вариант 1);figure 1 is a longitudinal section of the extractor (option 1);

фиг.2 - продольный разрез экстрактора (вариант 2);figure 2 is a longitudinal section of the extractor (option 2);

фиг.3 - сечение А-А на фиг.1 и фиг.2;figure 3 - section aa in figure 1 and figure 2;

фиг.4 - вид Б на фиг.3;figure 4 is a view of B in figure 3;

фиг.5 - узел В на фиг.1 и фиг.2.figure 5 - node In figure 1 and figure 2.

Центробежный экстрактор (варианты) содержит приводной вал 1, неподвижный кожух 2, вращающийся ротор 3, набранный из трех секций 4, каждая из которых оснащена предсепарационной камерой 5, соединенной переходным каналом 6 с сепарационной камерой 7, связанной в пределах секции проходами 8 с нагнетательной камерой 9 (в варианте 2 в верхней из секций нагнетательная камера отсутствует), центральную неподвижную трубу 10 с набором сменных пустотелых цилиндров; нижнего 11, промежуточных 12 и верхнего 13, расположенных коаксиально трубе 10 с образованием кольцеобразного прохода "γ", сообщающегося через горизонтальный канал 14 с предсепарационной камерой 5 нижней из секций 4 ротора 3. Сменные цилиндры 11, 12, 13 снабжены вертикальными каналами 15, размещенными в стенке корпуса каждого из них и сообщающимися посредством патрубков 16 с каждой нагнетательной камерой 9. Цилиндры (кроме верхнего и нижнего) оснащены трубками 17. Входной конец каждой трубки 17 введен в сепарационную камеру 7, а выходной конец каждой трубки 17 сообщается с кольцеобразным проходом "γ". На каждом цилиндре (кроме верхнего для варианта 2) закреплена смесительная трубка 18, которая связана с предсепарационной камерой 5 последующей секции, а ее заборный конец расположен в нагнетательной камере 9, направлен навстречу вращению ротора 3 и размещен таким образом, что зазор между ним и стенкой камеры 9 не превышает 1,5 мм. В верхней из секций 4 ротора 3 смесительная трубка 18 выведена через кожух 2 экстрактора. В варианте 2, когда требуется вывод целевого продукта в чистом виде, а не в виде эмульсии, сепарационная камера 7 верхней секции через промежуточную камеру 19 сообщается с камерой вывода целевого продукта 20. Нижняя из секций 4 ротора 3 снабжена сменным регулирующим кольцеобразным элементом 21, который оснащен отбортовкой 22. Экстрактор снабжен первой приемной камерой 23 для кислой отработанной жидкости, сообщающейся с сепарационной камерой 7 нижней из секций 4 через каналы 24 и 25 и второй приемной камерой для щелочной отработанной жидкости 26, сообщающейся с кольцеобразным проходом "γ" через каналы 27 и 28.The centrifugal extractor (options) contains a drive shaft 1, a fixed casing 2, a rotating rotor 3, composed of three sections 4, each of which is equipped with a pre-separation chamber 5, connected by a transition channel 6 with a separation chamber 7, connected within the section by passages 8 with a discharge chamber 9 (in option 2, there is no discharge chamber in the upper section), a central stationary tube 10 with a set of interchangeable hollow cylinders; lower 11, intermediate 12 and upper 13, located coaxially to the pipe 10 with the formation of an annular passage "γ", communicating through the horizontal channel 14 with the pre-separation chamber 5 of the lower section 4 of the rotor 3. Replaceable cylinders 11, 12, 13 are equipped with vertical channels 15, placed in the housing wall of each of them and communicating by means of nozzles 16 with each discharge chamber 9. The cylinders (except for the upper and lower) are equipped with tubes 17. The inlet end of each tube 17 is introduced into the separation chamber 7, and the outlet end of each tube ki 17 communicates with an annular passage "γ". On each cylinder (except the top one for option 2), a mixing tube 18 is fixed, which is connected to the pre-separation chamber 5 of the subsequent section, and its intake end is located in the discharge chamber 9, is directed towards the rotation of the rotor 3 and is positioned so that the gap between it and the wall camera 9 does not exceed 1.5 mm. In the upper section 4 of the rotor 3, the mixing tube 18 is brought out through the casing 2 of the extractor. In option 2, when it is required to withdraw the target product in a pure form, and not in the form of an emulsion, the separation chamber 7 of the upper section communicates through the intermediate chamber 19 with the output chamber of the target product 20. The lower of sections 4 of the rotor 3 is equipped with a replaceable regulating ring-shaped element 21, which equipped with a flange 22. The extractor is equipped with a first receiving chamber 23 for acidic spent liquid communicating with the separation chamber 7 of the lower section 4 through channels 24 and 25 and a second receiving chamber for alkaline spent liquid 26, co with-rotating annular passage "γ" through the channels 27 and 28.

Предлагаемый центробежный экстрактор на примере обработки кислого нитроэфира работает следующим образом.The proposed centrifugal extractor on the example of the treatment of acid nitroester works as follows.

Эмульсия кислого нитроэфира в транспортирующей воде поступает по трубе 10 в предсепарационную камеру 5 нижней из секций 4 и далее по каналу 6 направляется в сепарационную камеру 7. Кислая отработанная жидкость по вертикальным каналам 25 в дне сепарационной камеры 7 нижней из секций 4 перетекает через горизонтальные каналы 24 в регулирующем кольцеобразном элементе 21 и выбрасывается в первую приемную камеру 23 для кислой отработанной жидкости и далее выводится за пределы кожуха 2 экстрактора. Нитроэфир из сепарационной камеры 7 нижней из секций 4 по проходам 8 направляется в нагнетательную камеру 9. Свежая промывная жидкость по каналам 15, проходящим в стенке корпуса каждого цилиндра, подается в нагнетательную камеру 9 через патрубок 16. Обе жидкости во вращающейся нагнетательной камере 9 разгоняются до окружной скорости вращения ротора 3 и тонким слоем нагнетаются в смесительную трубку 18. При движении по трубке 18 происходит интенсивное дробление нитроэфира до капель средним диаметром 3-6 мкм, благодаря чему происходит быстрый массообмен, т.е. экстракция кислот в промывную жидкость и, при наличии в ней соды или любой щелочи, нейтрализация кислот. Эмульсия из смесительной трубки 18 принимается в предсепарационную камеру 5 следующей секции 4 ротора 3 и из нее по каналу 6 поступает в сепарационную камеру 7. Далее процесс экстракции повторяется аналогичным образом в последующих секциях 4 ротора 3. Их количество, в соответствии с существующей потребностью, может быть от 3 до 5. Щелочная отработанная жидкость из каждой сепарационной камеры 7 выводится трубкой 17 в кольцевое пространство "γ" между центральной трубой 10 и цилиндрами 11, 12, 13, откуда по системе каналов 28, 27 сливается во вторую приемную камеру 26 для щелочной отработанной жидкости и далее выводится из экстрактора.The emulsion of acid nitroester in the transporting water enters through the pipe 10 into the pre-separation chamber 5 of the lower section 4 and then goes through the channel 6 to the separation chamber 7. The acidic spent liquid flows along the vertical channels 25 in the bottom of the separation chamber 7 of the lower section 4 through the horizontal channels 24 in the regulating ring-shaped element 21 and is discharged into the first intake chamber 23 for acidic spent liquid and then discharged outside the casing 2 of the extractor. Nitro ester from the separation chamber 7 of the lower section 4 is passed through the passages 8 to the injection chamber 9. Fresh washing liquid through the channels 15 passing in the wall of the body of each cylinder is supplied to the discharge chamber 9 through the nozzle 16. Both liquids in the rotating discharge chamber 9 are accelerated to the peripheral rotational speed of the rotor 3 and a thin layer are pumped into the mixing tube 18. When moving along the tube 18, the nitroether is intensively crushed to droplets with an average diameter of 3-6 μm, due to which fast mass exchange, i.e. extraction of acids into the washing liquid and, if soda or any alkali is present in it, neutralizing the acids. The emulsion from the mixing tube 18 is received in the pre-separation chamber 5 of the next section 4 of the rotor 3 and from it through the channel 6 enters the separation chamber 7. Next, the extraction process is repeated in the same way in the subsequent sections 4 of the rotor 3. Their number, in accordance with the existing need, may be from 3 to 5. The alkaline waste liquid from each separation chamber 7 is discharged by a tube 17 into the annular space "γ" between the central tube 10 and the cylinders 11, 12, 13, from where it is discharged into the second receiving channel system 28, 27 chamber 26 for alkaline waste liquid, and then outputted from the extractor.

Ввод эмульсии в каждую сепарационную камеру 7 организован на уровень раздела жидкостей с незначительными отклонениями, чем обеспечивается надежное и качественное их разделение. А для поддержания уровня раздела жидкостей в заданных пределах с различным соотношением плотностей разделяемых жидкостей в нижней из секций 4 ротора 3 установлен сменный регулирующий кольцеобразный элемент 21. Регулирующий кольцеобразный элемент 21 имеет снизу отбортовку 22, направленную к его оси симметрии и предотвращающую унос капель кислой отработанной жидкости в расположенную ниже приемную камеру для щелочной отработанной жидкости 26. Кольцеобразный элемент 21 крепится накидной гайкой (условно не показана). Предпочтительным является выполнение заборного конца каждой смесительной трубки 18 срезанным под углом таким образом, что плоскость сечения обращена к стенке нагнетательной камеры 9, при этом выходной конец каждой смесительной трубки 18 (кроме верхней для варианта 1) целесообразно выполнять в виде горизонтально ориентированной щели. Такое выполнение предотвращает разбрызгивание нагнетаемых в трубку жидкостей и обеспечивает плавное "срезание" слоя жидкостей из нагнетательной камеры 9 с последующим турбулентным движением их вдоль внутренней стенки смесительной трубки 18. Таким образом обеспечивается тонкое дробление обрабатываемой жидкости на мелкие капли и быстрый массообмен между жидкостями, участвующими в процессе экстракции.The input of the emulsion into each separation chamber 7 is organized at the liquid separation level with slight deviations, which ensures their reliable and high-quality separation. And to maintain the level of separation of liquids within specified limits with a different ratio of the densities of the separated liquids, a replaceable regulating ring-shaped element 21 is installed in the lower section 4 of the rotor 3. The regulating ring-shaped element 21 has a flare at the bottom 22, directed to its axis of symmetry and preventing the entrainment of drops of acidic spent liquid in the downstream receiving chamber for alkaline waste fluid 26. The annular element 21 is mounted with a union nut (not shown conditionally). It is preferable to make the intake end of each mixing tube 18 cut at an angle so that the section plane faces the wall of the discharge chamber 9, while the outlet end of each mixing tube 18 (except for the upper one for option 1) is expediently made in the form of a horizontally oriented slit. This embodiment prevents splashing of the fluids injected into the tube and provides a smooth “cutting” of the fluid layer from the injection chamber 9, followed by their turbulent movement along the inner wall of the mixing tube 18. This ensures fine crushing of the processed fluid into small droplets and rapid mass transfer between the fluids involved in extraction process.

Применение центробежного экстрактора предлагаемой конструкции распространяется не только на нитроэфиры, но и на любые экстракционные процессы между двумя жидкими веществами.The use of a centrifugal extractor of the proposed design applies not only to nitroesters, but also to any extraction processes between two liquid substances.

Высокая эффективность экстрактора заявляемой конструкции подтверждена прямыми экспериментами при стабилизации нитроэфиров в условиях опытного и промышленного производств, а также при стабилизации нитроглицерина и смеси его с динитратом диэтиленгликоля. Производительность по нитроэфиру от 550 до 620 кг/ч. В нижнюю и последующую секции подавали 2%-ный раствор кальцинированной соды с расходом 520-570 кг/ч, из верхней секции нитроэфир выводился в чистом виде. Происходило полное удаление кислот из нитроэфиров. Длительность процесса обработки нитроэфиров в экстракторе не превышала 40 секунд, после остановки из сепарационных камер ротора сливалось 4 кг нитроглицерина и 3,8 кг смеси его с динитратом диэтиленгликоля. Такая низкая загрузка аппарата взрывчатыми веществами позволяет размещать экстрактор в железобетонной кабине, располагаемой в одном необвалованном здании вместе с комплексом остального оборудования.The high efficiency of the extractor of the claimed design is confirmed by direct experiments in the stabilization of nitroesters in experimental and industrial production, as well as in the stabilization of nitroglycerin and its mixture with diethylene glycol dinitrate. Nitroether productivity from 550 to 620 kg / h. A 2% solution of soda ash with a flow rate of 520-570 kg / h was fed into the lower and subsequent sections, and the nitro ester was removed in its pure form from the upper section. Complete removal of acids from nitroesters took place. The duration of the processing of nitroesters in the extractor did not exceed 40 seconds; after stopping, 4 kg of nitroglycerin and 3.8 kg of its mixture with diethylene glycol dinitrate merged from the rotor separation chambers. Such a low loading of the apparatus with explosives allows the extractor to be placed in a reinforced concrete cabin located in one undeveloped building along with a set of other equipment.

Аналогичные результаты получены при апробации центробежного экстрактора при стабилизации динитрата диэтиленгликоля, отличающегося меньшей плотностью и более высоким содержанием кислот в исходном нитроэфире (25% вместо 8% для нитроглицерина и 12% для смесевого нитроэфира). Кроме того, проведена отработка модели экстрактора большей производительности: 1600 кг/ч по нитроэфиру с получением положительных результатов.Similar results were obtained when testing a centrifugal extractor while stabilizing diethylene glycol dinitrate, which has a lower density and higher acid content in the initial nitroester (25% instead of 8% for nitroglycerin and 12% for mixed nitroester). In addition, an extractor model of greater productivity was tested: 1,600 kg / h on nitroether to obtain positive results.

Успешно испытан образец четырехступенчатого экстрактора при экстракции из 4-5%-ных водных растворов солей нитросоединений органическими растворителями. Из раствора извлекалось не менее 98% экстрагируемых веществ.A sample of a four-stage extractor was successfully tested during extraction from 4-5% aqueous solutions of salts of nitro compounds with organic solvents. At least 98% of the extracted substances were extracted from the solution.

Предлагаемый центробежный экстрактор (варианты) находится в стадии подготовки к его использованию в промышленном производстве.The proposed centrifugal extractor (options) is in preparation for its use in industrial production.

Claims

1. A centrifugal extractor comprising a drive shaft, a fixed casing, means for mixing the processed and washing liquids, means for supplying and discharging liquids, a unit capable of rotating inside the casing around its vertical axis and consisting of at least three sections, each of which is equipped separation chamber, characterized in that the sections are assembled into a rotor, each of the sections is equipped with a pre-separation chamber connected by a transition channel to the separation chamber, and also contains a discharge chamber connected to the limit x sections with passages with a separation chamber, the extractor is equipped with a central fixed tube assembled in a single structure attached to the cover of the casing, with a set of replaceable hollow cylinders arranged coaxially with the pipe to form an annular passage communicating through a channel located in its bottom through an inclined connecting channel with the first receiving chamber for the spent liquid and connected through the horizontal channel with the pre-separation chamber of the lower of the sections, while passing inside the wall the openings of each hollow cylinder, the vertical channels communicate through nozzles with each discharge chamber, a mixing tube in the form of a single-turn coil is fixed on each cylinder, the outlet end of which is located in the pre-separation chamber of the subsequent section, and the intake end is located in the discharge chamber, directed towards the rotations of the rotor and placed in such a way so that the gap between it and the wall of the injection chamber does not exceed the thickness of the layer of the processed fluid, at which the possibility is excluded its detonation under any influences, moreover, the mixing tube mounted on the upper cylinder is discharged through the casing of the extractor, while each cylinder, except for the upper and lower, is equipped with a tube, the inlet end of which is introduced into the separation chamber, and the outlet end communicates with an annular passage, the lower section is equipped with a removable regulating ring-shaped element having a flange directed to its axis of symmetry, in addition, the extractor is equipped with a second receiving chamber for the spent liquid in communication with a separation chamber of the lower of the sections through vertical channels in its bottom and horizontal channels made in an annular element,

2. The extractor according to claim 1, characterized in that the intake end of each mixing tube is cut at an angle so that the section plane faces the wall of the discharge chamber, while the output end of the mixing tube of each section, except for the upper one, is made in the form of a horizontally oriented gap .

3. A centrifugal extractor comprising a drive shaft, a fixed casing, means for mixing the processed and washing liquids, means for supplying and discharging liquids, a unit capable of rotating inside the casing around its vertical axis and consisting of at least three sections, each of which is equipped separation chamber, characterized in that the sections are assembled into a rotor, each of the sections is equipped with a pre-separation chamber connected by a transition channel to the separation chamber, and each of the sections, except for the upper one, contains a discharge The chamber, connected within the section by passages with a separation chamber, the extractor is equipped with a central fixed tube assembled in a single structure attached to the cover of the casing, with a set of interchangeable hollow cylinders located coaxially to the pipe with the formation of an annular passage communicating through a channel located in its bottom , by means of an inclined connecting channel with a first receiving chamber for waste fluid and connected through a horizontal channel with a pre-separation chamber of the lower section, In this case, the vertical channels passing inside the walls of the housing of each hollow cylinder are communicated by means of nozzles with each discharge chamber, on each cylinder, except for the upper one, a mixing tube in the form of a single-turn coil is fixed, the outlet end of which is placed in the pre-separation chamber of the subsequent section, and the intake end is located in the discharge chamber , is directed towards the rotation of the rotor and placed in such a way that the gap between it and the wall of the injection chamber does not exceed the layer thickness my liquid, in which it is impossible to detonate under any influences, while each cylinder, except for the upper and lower, is equipped with a tube, the inlet end of which is introduced into the separation chamber, and the outlet end communicates with an annular passage, while the lower of the sections is equipped with a replaceable control an annular element having a flange directed to its axis of symmetry, in addition, the extractor is equipped with a second receiving chamber for the spent liquid, communicating with the separation chamber of the lower of the sections through tikalnye channels in its bottom and horizontal channels formed in the annular member, and the separating chamber through the upper section of the intermediate chamber communicates with the output chamber of the title product.

4. The extractor according to claim 3, characterized in that the intake end of each mixing tube is cut at an angle so that the section plane faces the wall of the discharge chamber, while the output end of each mixing tube is made in the form of a horizontally oriented slit.