Центробежный экстрактор
Заявляемая полезная модель «Центробежный экстрактор» относится к конструкциям центробежных экстракционных аппаратов и может быть использован в химической технологии для проведения полупротивоточных процессов разделения, концентрирования радиоактивных элементов, а также в медицине для получения радиофармпрепаратов, применяемых при диагностике и лечении.
Экстрактор имеет вращающийся корпус (1), внутри которого расположены: камера (4) с цилиндром (5), камера смешения второй ступени (6), отделенная от смешения (2) и камера расслаивания (3) первой ступени, кольцевая перегородка камеры расслаивания (7) разделительной перегородкой (8), переточный канал (9), камера отбора (10), кольцевой зазор первой ступени (11), кольцевой зазор второй ступени (12), мешалка (13) камеры смешения первой ступени, центральная трубка (14) для подачи и вывода растворов из камеры смешения первой ступени, трубка (15) для подачи и вывода растворов во второй ступени, трубка (16) для вывода растворов из камеры отбора, мешалка (17) камеры смешения второй ступени, неподвижный фланец (18), на котором крепятся трубки (14, 15, 16) и перемешивающие устройства (13, 17). От известных центробежных полупротивоточных экстракторов он отличается тем, что он имеет трубку-капилляр один конец которой, соединен с вакуумной системой, а другой находится в зоне смешения фаз, при этом, направление трубки-капилляра совпадает с направлением вращения аппарата и имеет сферическую поверхность. Введение в конструкцию заявляемого центробежного экстрактора трубки-капилляра (19) обеспечивает возможность опорожнения камеры смешения (2) и камеры расслаивания (3), предотвращая разогревание раствора в этих камерах и увеличивая чистоту и выход конечного продукта.
Наличие такого устройства особенно полезно при определении эффективности работы смесительной камеры и проведении гидродинамических испытаний аппарата, результаты которых являются основой для составления технологического регламента экстракционных процессов разделения.
Изобретение относится к конструкциям центробежных экстракционных аппаратов и является усовершенствованием изобретения по патенту 
47244. Оно может быть использовано в химической технологии для проведения полупротивоточных процессов разделения, концентрирования радиоактивных элементов, а также в медицине для получения радиофармпрепаратов, применяемых при диагностике и лечении.
Известен центробежный экстрактор по патенту на полезную модель 47244, включающий вращающийся корпус с кольцевыми перегородками, внутри которого расположены камера смешения и камера расслаивания первой ступени, кольцевая перегородка с цилиндром для перетока легкой фазы из первой ступени во вторую, камера смешения и камера расслаивания второй ступени, камера отбора, трубки для подачи и вывода растворов, перемешивающие устройства, причем смесительная камера 2 ступени снабжена разделительной кольцевой перегородкой, герметично соединенной с корпусом экстрактора в ее периферийной части и имеющей центральное отверстие для рециркуляции эмульсии из камеры смешения в камеру расслаивания, а между камерой расслаивания и камерой отбора выполнен переточный канал.
Известный экстрактор имеет широкое применение при решении задач в прикладной радиохимии, в частности, его используют в качестве экстракционного генератора при получении иттрия - 90 из материнского радионуклида стронция - 90 для медицинских целей. В соответствии с требованиями временной фармакопейной статьи, выделяемый кондиционный продукт, содержащий иттрий - 90 не должен содержать стронция - 90 более 10-7%.
Недостаток известного экстрактора заключается в следующем: предлагаемый экстрактор используется для проведения 3 стадий: экстракция, промывка, реэкстракция. При этом, время работы первой и второй ступеней существенно отличается. Время полезной работы первой ступени, -экстракционной составляет примерно 20% общего времени работы экстрактора, а затем массообменные процессы происходят только во второй ступени. Для получения конечного продукта высокой степени чистоты, порядка 10-7%, необходимо пропустить 3-4 объема промывного раствора, соответствующего трем-четырем объемам второй ступени. Затем проводится реэкстракция конечного продукта и все это время первая ступень исключена из работы. Учитывая, что скорость вращения экстрактора достаточно высокая, порядка 3000 об./мин, растворы греются до 50°C из-за отсутствия притока растворов в первую ступень, обычно имеющих комнатную температуру, и нет вывода раствора из этой камеры, поэтому жидкости так быстро греются от действия неподвижных мешалок и вращающегося корпуса экстрактора, и как следствие, это приводит к образованию аэрозолей и изменению коэффициентов распределения системы, к уменьшению эффективности процесса разделения и чистоты конечного продукта.
Указанные недостатки были устранены путем введения в конструкцию предлагаемого экстрактора трубки-капилляра один конец которой, соединен с вакуумной системой, а другой находится в зоне смешения фаз, при этом, направление трубки-капилляра совпадает с направлением вращения аппарата и имеет сферическую поверхность.
Целью изобретения является увеличение чистоты конечного продукта, эффективности процесса разделения и возможности опорожнения камеры смешения первой ступени вращающегося центробежного аппарата.
На фиг.1 изображен центробежный экстрактор, продольный разрез.
На фиг.2 показан общий вид трубки - капилляра в камере смешения первой ступени.
Экстрактор имеет вращающийся корпус (1), внутри которого расположены: камера (4) с цилиндром (5), камера смешения второй ступени (6), отделенная от смешения (2) и камера расслаивания (3) первой ступени, кольцевая перегородка камеры расслаивания (7) разделительной перегородкой (8), переточный канал (9), камера отбора (10), кольцевой зазор первой ступени (11), кольцевой зазор второй ступени (12), мешалка (13) камеры смешения первой ступени, центральная трубка (14) для подачи и вывода растворов из камеры смешения первой ступени, трубка (15) для подачи и вывода растворов во второй ступени, трубка (16) для вывода растворов из камеры отбора, мешалка (17) камеры смешения второй ступени, неподвижный фланец (18), на котором крепятся трубки (14, 15, 16) и перемешивающие устройства (13, 17), а также трубка-капилляр, один конец которой соединен с вакуумной системой, а другой находится в зоне смешения фаз, при этом, направление трубки-капилляра совпадает с направлением вращения аппарата и имеет сферическую поверхность.
Экстрактор работает следующим образом. Камеру смешения (2) первой ступени заполняют тяжелой фазой (исходный раствор смеси разделяемых элементов) через центральную трубку (14), а камеру смешения (6) второй ступени заполняют также тяжелой фазой (промывной раствор) через трубку (15). Затем аппарат приводят во вращение и через центральную трубку (14) в камеру смешения (2) первой экстракционной ступени подают легкую фазу (экстрагент). Образующаяся в камере смешения (2) эмульсия через кольцевой зазор (11) попадает в камеру расслаивания (3), где расслаивается под действием центробежных сил. Легкая фаза оттесняется к центру и, поднимаясь по внутренней поверхности цилиндра (5), попадает в камеру смешения (6) второй ступени, а обедненная по легкой фазе эмульсия из камеры расслаивания (3) возвращается в камеру смешения (2), создавая рециркуляцию тяжелой фазы. Легкая фаза, попадая в камеру смешения (6), образует эмульсию с тяжелой фазой (промывной раствор), введенной в камеру смешения (6) до запуска аппарата, которая перетекает через центральное отверстие разделительной кольцевой перегородки (8) и поступает в камеру расслаивания (7), где разделяется на легкую и тяжелую фазы. Легкая фаза по мере ее поступления из камеры расслаивания (3) первой ступени постепенно вытесняет тяжелую фазу (введенную до запуска экстрактора) из промывной ступени и занимает весь объем камеры смешения (6) и часть камеры расслаивания (7). На этом работа первой ступени (поз.1 и 3) заканчивается и если раствор из нее не вывести трубкой - капилляром (19) с помощью вакуума, то он будет сильно разогреваться и ухудшать технологические показатели процесса. После этого в камеру смешения (6) через трубку (15) подают тяжелую фазу (промывной раствор), а образовавшаяся в камере смешения (6) эмульсия поступает в камеру расслаивания (7), где расслаивается на легкую и тяжелую фазы. Тяжелая фаза через кольцевой зазор (12) и переточный канал (9) переливается в камеру отбора (10), откуда выводится из аппарата через трубку (16). Затем в камеру смешения (6) второй ступени подают тяжелую фазу (реэкстрагент), гидродинамические процессы смешения и расслаивания повторяются, и из аппарата выводится реэкстракт, содержащий целевой продукт, после чего аппарат останавливают.
Предлагаемый экстрактор соответствует критерию «существенные отличия», поскольку его конструктивные отличительные признаки являются новыми, ранее неизвестными в технологических решениях аналогичного назначения и, к тому же, обеспечивают достижение нового положительного эффекта, - увеличение чистоты конечного продукта и эффективности процесса разделения и возможности опорожнения камеры смешения первой ступени вращающегося центробежного аппарата.
Центробежный экстрактор предлагаемой конструкции прошел испытания на различных экстракционных системах, которые показали, что при подключении вакуума к трубке-капилляру первая ступень опоражнивается более чем на 95% и резко снижается температура нагрева растворов во второй ступени и аппарата в целом. Наружный диаметр трубки-капилляра, используемый в нашем случае, равен 12 мм, а внутренний диаметр 0,8 мм. Материал трубки нержавеющая сталь.
Положительный эффект предлагаемого устройства, заключается в возможности решения следующих задач:
1.) опорожнение первой ступени вращающегося аппарата, которая по технологии уже не участвует в работе, но при этом растворы, находящиеся в ней, сильно разогреваются, ухудшая технологические показатели процесса, - чистоту конечного продукта и его выход;
2.) определение соотношения объема подвижной фазы к объему неподвижной в камере смешения, от которого зависит эффективность работы аппарата, и оно должно быть не более 0,1. Такое соотношение является показателем отсутствия в аппарате застойных зон, обеспечивает эффективное разделение генетических пар и получение целевого продукта высокой степени чистоты. В настоящее время это соотношение определяется после остановки аппарата, когда растворы из камеры расслаивания также стекают в камеру смешения и это вносит ошибку при определении этой величины, так как состав эмульсии нужно определять только в камере смешения;
3.) отбор проб при определении активности растворов;
4.) отбор эмульсии из камеры смешения вращающегося аппарата при определении размера капель дисперсной фазы и величины межфазной поверхности;
5.) одновременно трубка-капилляр выполняет также роль перемешивающего устройства.
Источники информации принятые во внимание при составлении заявки:
1.) Патент на полезную модель 47244, Кл.4: BOID II/04, 2005
Центробежный экстрактор, включающий вращающийся корпус с кольцевыми перегородками, внутри которого расположены камера смешения и камера расслаивания первой ступени, кольцевая перегородка с цилиндром для перетока легкой фазы из первой ступени во вторую, камера смешения и камера расслаивания второй ступени, камера отбора, трубки для подачи и вывода растворов, перемешивающие устройства, причем смесительная камера второй ступени снабжена разделительной кольцевой перегородкой, герметично соединенной с корпусом экстрактора в ее периферийной части и имеющей центральное отверстие для рециркуляции эмульсии из камеры смешения в камеру расслаивания, а между камерой расслаивания и камерой отбора выполнен переточный канал, отличающийся тем, что в камере смешения первой ступени установлена трубка-капилляр, один конец которой соединен с вакуумной системой, а другой находится в зоне смешения фаз, при этом направление трубки-капилляра совпадает с направлением вращения аппарата и имеет сферическую поверхность.
