Пилотная перегородчатая экстракционная колонна

Когда схема требует больше примерно шести ступеней экстракции, каскад смесителей-отстойников перестаёт быть набором коробок и становится зданием. Колонна делает ту же работу на площади, измеряемой сантиметрами диаметра, потому что ступени укладываются вертикально, а не раскладываются по полу. Перегородчатая колонна — версия этой идеи без движущихся частей внутри: пакет пластин заставляет фазы дробиться и снова слипаться при проходе, и каждая пара пластин приближает одну ступень.

Что делают пластины

Каждая перегородка создаёт сужение, за которым следует расширение. Сужение ускоряет дисперсную фазу и сдвигает капли; расширение тормозит её и даёт каплям столкнуться и слиться. Цикл повторяется вверх по колонне, и суммарный эффект — ряд хорошо перемешиваемых зон контакта, разделённых зонами коалесценции, что и есть ступень. Поскольку мешалок нет, нечего уплотнять, нечего обслуживать внутри колонны и нечем вносить сдвиг в систему, где эмульсия и есть продукт.

Пульсация — переменная режима

Без пульсации колонна работает, но диаметр капли определяется только сужением, и эффективность ступени посредственная. С пульсацией — амплитуда 6–25 мм и частота 0,5–2 Гц — колонна ведёт себя как батарея последовательных смесителей-отстойников, и HETS падает до 0,3–1,0 м в зависимости от системы.

У пульсации есть оптимум, а не максимум. Ниже — фазы недостаточно диспергированы, перенос медленный; выше — доминируют обратное перемешивание и унос, и эффективность падает. Практика — измерить HETS от интенсивности пульсации и поставить рабочую точку чуть ниже минимума, чтобы небольшой дрейф не увёл на неверную сторону кривой.

Где колонна выигрывает, а где нет

Выигрывает при большом числе ступеней, малом инвентаре растворителя и ограниченной площади: выше примерно шести ступеней она обычно обходит каскад по капиталу и площади. Выигрывает и там, где система склонна к нежелательным эмульсиям, потому что нет мешалки, которая их стабилизирует.

Не выигрывает с твёрдым: перегородки накапливают межфазные образования, граница раздела поднимается, и единственное средство — остановка и чистка. Питание с более чем следами твёрдого требует фильтрации выше по схеме — тарельчатой центрифуги или коалесцера, а не сетки. Не выигрывает и при медленной кинетике: время пребывания на ступень задаётся гидродинамикой и произвольно не удлиняется.

Что должна измерить пилотная кампания

• HETS от интенсивности пульсации минимум по четырём точкам, чтобы найти минимум.
• Кривую захлёбывания: суммарный расход от соотношения фаз, потому что проектируют на 50–70 % захлёбывания.
• Эффективность ступени при реальном соотношении фаз, а не при удобном лабораторном.
• Унос одной фазы в другую на выходе — это решает, нужен ли полирующий отстойник.
• Накопление межфазного слоя по ходу опыта, которое предупреждает о проблеме задолго до катастрофы.
• Требуемую высоту: измеренный HETS на число теоретических ступеней плюс 0,5–1,0 м отстойных секций на концах.

Пилот, измеряющий только извлечение, занижает высоту, потому что извлечение достигается и более высоким эффективным слоем с худшим HETS. Высоту считают по HETS, а не по извлечению.