К этой группе экстракторов относятся: тарельчатые колонны без механических перемешивающих устройств; вертикальные смесители-отстойники и горизонтальные смесители-отстойники.

Принцип действия тарельчатых колонн, в том числе с ситчатыми тарелками, состоит в том, что дисперсная фаза многократ­но коалесцирует и редиспергируется на тарелках или под ними. Дискретный контакт фаз осуществляется также в пульсацион-ных тарелках, работающих при небольшой интенсивности пуль­сации в режиме смесителя-отстойника.

Однако наибольшее распространение из конструкций ступен­чатого типа получили смесители-отстойники. Смеситель-отстой­ник имеет на каждой ступени камеру смешения и камеру отстоя. Фазы перемешиваются разнообразными механическими и пнев­матическими устройствами. Объем камеры отстоя, как правило, определяется скоростью коалесценции, поэтому интенсивность перемешивания ограничена.

Смесители-остойники могут быть вертикальными и горизон­тальными. Вертикальные колонны обычно имеют малую и сред­нюю производительность. Они компактны, занимают малую площадь. К этим экстракторам относятся, например, колонна Шейбелля, вертикальная колонна с центральным валом, несу­щим ряд лопастных мешалок. Между мешалками расположены секции для расслаивания, заполненные насадкой.

Очень большую производительность имеют горизонтальные смесители-отстойники. В технологии редких металлов широко применяют смесители-отстойники ящичного типа. Они выгодно отличаются от других простотой конструкции: имеют небольшую высоту, а поэтому требуют меньше затрат на монтаж и эксплуа­тацию; в них отсутствуют дорогостоящая насадка и свойствен­ный колоннам канальный эффект, их легче ремонтировать и чистить. Смесители-отстойники устойчивы в работе, мало чув­ствительны к колебаниям расхода фаз, легко входят в режим после временной остановки.

Горизонтальный смеситель-отстойник ящичного типа имеет несколько ступеней, каждая из которых состоит из смесительной и отстойной камер. В смесительной камере происходит интенсив­ное смешение фаз с помощью турбинной мешалки или пульса­ции. Из смесительной камеры эмульсия поступает в отстойную камеру через окно, расположенное в средней части перегородки, разделяющей обе камеры.

Более тяжелая фаза поступает из отстойной камеры в смеси­тельную следующей ступени через отверстие в нижней части разделяющей перегородки, а более легкая переливается в пре­дыдущую ступень через верхнее окно перегородки. Таким обра­зом, в каждой ступени осуществляется прямоточное, движение фаз, в то время как аппарат в целом работает по принципу про­тивотока (рис. 61).

Рис 61. Схема движения фаз в смесителе-от­стойнике (Джемрек У. Д., 1965, с. 156, рис. 3.19): С - смеситель; О - отстойник.

Имеется много конструктивных вариантов смесителей-отстой­ников. На рис. 62 изображен смеситель-отстойник с насосом-смесителем. В этом аппарате легкая фаза движется самотеком, а тяжелая фаза перекачивается насосом.

Рис. 62. Смеситель-отстойник с насосом-смесителем (Джемрек У. Д., 1965, с. 160, рис. 3.23).: а - схема ступени и направление потоков (1 - тяжелая фаза; 2 - легкая фаза); б - три соседние ступени (А - легкая фаза; В - смесь фаз; С - тяжелая фаза).

Перемешивание фаз в смесителях-отстойниках может осуществляться как с помощью механических мешалок, так и потоком воздуха. Смесители-отстойники с пневматическим перемешиванием имеют преимущество, заключающееся в отсутствии механически вращающихся устройств. Однако эти аппараты обычно небольшой производительности, так как с увеличением производительности возрастает удельный расход воздуха. Пневматическое перемешивание нецелесообразно применять также при работе с легколетучей органической фазой.

Эффективность каждой ступени смесителя-отстойника редко бывает ниже 70-80% и иногда близка к 100%. Эти аппараты сравнительно легко моделировать. Основным недостатком горизонтального смесителя-отстойника является большая площадь, занимаемая этим аппаратом, по сравнению с экстракционной тонной. Несмотря на этот недостаток, смесители-отстойники получили очень широкое распространение в промышленности.

Центробежные экстракторы

В последние годы очень широкое распространение получили экстракторы в которых для быстрого и почти полного разделе­ния фаз используется центробежная сила. Это позволяет резко сократитить продолжительность контакта фаз (до нескольких секунд) и значительно уменьшить размеры экстрактора. Эти аппараты отличаются огромной производительностью и особенно подходящи для работы с нестойкими веществами.

В зависимости от устройства внутри центрифуги получают одну ступен"контакта пли эквивалент нескольких ступеней. Центрифуги в центробежных экстракторах располагаются горизонтально или вертикально.

Среди центробежных экстракторов дифференциального типа наиболее известен экстрактор Подбельняка (рис 63). Основной частью экстрактора является ротор, насаженный на вал и вращающийся вместе с ним со скоростью от 2000 до 5000 об/мин. Ротор представляет собой спираль из перфорированной ленты. Массообмен происходит в ее каналах (рис. 64). Тяжелая и легкая фазы подаются в аппарат насосами через полый вал. Легкая фаза подводится к периферии спирали, а тяжелая - к центру. При вращении ротора под действием центробежной силы тяжелая фаза отбрасывается к периферии, проходя через легкую. Число теоретических ступеней в одном аппарате от 3 до 10.

Рис. 63. Схема центробежного экстрактора Подбельняка (Кафаров В. В., 1972, рис. 245 и 246): 1 - полый вал; 2 – ротор; 3 - кожух; А - вход легкой жидкости; Б - вход тяжелой жидкости; В - выход лег­кой жидкости; Г - выход тяжелой жидкости.

Рис. 64. Схема движения жидкости в каналах барабана центробежного, экстрактора.

Примеров вертикального центробежного экстрактора может служить экстрактор Лувеста. Этот трехступенчатый экстрактор представляет собой разновидность центробежного молочного сепаратора. В каждой ступени имеются распылительно-дисковый смеситель и центробежная осадительная камера. Экстрактор может работать с растворами, имеющими твердую взвесь.

Выбор подходящего для технологии экстрактора обычно осу­ществляется эмпирически, из результатов опытных испытаний.

При выборе конструкции нужно учитывать необходимое число теоретических ступеней, производительность, желательную продолжительность пребывания экстрагента, физические свой­ства жидкостей, в частности их плотность, вязкость, способность к эмульгированию и т. п. Сделаны попытки систематизировать имеющиеся данные по пригодности каждого типа экстрактора с точки зрения возможных требований.

[1] Например, можно использовать константу Гаммета - Тафта s^* или константу Кабачника s_к, представляющие собой относительную электроотри­цательность. Так, константа Гаммета - Тафта связана с электроотрицатель­ностью следующим образом: X = 2,07+0,566s^*.