Un extractor centrífugo, también conocido como contactor centrífugo o contactor centrífugo anular, utiliza la rotación del rotor dentro de una centrífuga para mezclar dos líquidos inmiscibles fuera del rotor y para separar los líquidos en el campo de gravedad dentro del rotor. De esta forma, un extractor centrífugo genera una extracción continua de una fase líquida (caldo de fermentación) a otra fase líquida (solvente orgánico).
Historia
El diseño y desarrollo de extractores centrífugos anulares ha sido perseguido por varios laboratorios del Departamento de Energía durante más de 40 años. El diseño inicial del contactor centrífugo anular se realizó en el Laboratorio Nacional de Argonne mediante la modificación de un diseño mixto de paletas en el sitio del río Savannah . [1] Se ha empleado en procesos de extracción con disolventes de metales valiosos para la industria nuclear. En una compilación reciente se incluye un resumen de los principios y aplicaciones de diseño de contactores. [2]
La comercialización de esta tecnología comenzó en 1990 cuando se otorgó una patente para la separación continua de hidrocarburos del agua (Meikrantz, 1990). En los últimos años, el diseño de la centrífuga se ha mejorado y aumentado a velocidades de flujo de varios cientos de litros por minuto (Meikrantz et al. , 1997). Dichos contactores se utilizan como parte de la instalación de procesamiento de desechos de sal en el sitio del río Savannah para la implementación del proceso CSSX para extraer cesio radiactivo de los desechos de los tanques almacenados allí. [3]
Extractor centrífugo monoetapa
Dos líquidos inmiscibles de diferentes densidades se alimentan a las entradas separadas y se mezclan rápidamente en el espacio anular entre el rotor giratorio y la carcasa estacionaria. Las fases mixtas se dirigen hacia el centro del rotor mediante paletas radiales en la base de la carcasa. A medida que los líquidos entran por la abertura central del rotor, se aceleran hacia la pared. Las fases mezcladas se aceleran rápidamente a la velocidad del rotor y la separación comienza a medida que los líquidos se desplazan hacia arriba. Un sistema de vertederos en la parte superior del rotor permite que cada fase salga del rotor donde aterriza en un anillo colector y sale del escenario. El flujo entre etapas es por gravedad sin necesidad de bombas entre etapas. Los contactores centrífugos actúan así como mezclador, centrífuga y bomba. Los contactores centrífugos se denominan típicamente por el diámetro de su rotor. Por tanto, un contactor centrífugo de 5 pulgadas es uno que tiene un rotor de 5 pulgadas de diámetro.
Los contactores centrífugos anulares son máquinas de aumento moderado de la gravedad (100-2000 G) de revoluciones por minuto relativamente bajas y, por lo tanto, pueden ser accionadas por un motor de velocidad variable de accionamiento directo. Las RPM típicas para unidades pequeñas (2 cm) son aproximadamente 3600 RPM mientras que las unidades más grandes operarían a RPM más bajas dependiendo de su tamaño (la velocidad típica para un contactor de 5 pulgadas [12,5 cm] es ~ 1800 RPM). La eficacia de una separación centrífuga puede describirse fácilmente como proporcional al producto de la fuerza ejercida en múltiplos de la gravedad ( g ) y el tiempo de residencia en segundos o g- segundos. El logro de un valor de g -segundos particular en una centrífuga líquido-líquido se puede obtener de dos maneras: aumentando los múltiplos de gravedad o aumentando el tiempo de residencia. La creación de valores de fuerza g más altos para un diámetro de rotor específico es una función únicamente de las rpm.
Extractor centrífugo multietapa
La solución de alimentación que contiene inicialmente uno o más solutos (fase pesada en el dibujo de la sección transversal de la Fig. 3) y un disolvente inmiscible que tiene una densidad diferente (fase ligera en los dibujos de la sección transversal) fluye en contracorriente a través del rotor del extractor, diseñado con un pila de subconjuntos mecánicos que representan el número requerido de etapas separadas. Las sucesivas operaciones de mezcla y separación realizadas en cada etapa mecánica permiten la transferencia de masa de los solutos de la solución de alimentación al disolvente.
Cada etapa consta de
- Cámara de mezcla donde se mezclan las dos fases y donde se consigue la transferencia de solutos a extraer. Un disco fijo permite mezclar las dos fases y crear una emulsión. Funciona como una bomba para extraer las dos fases de la etapa anterior.
- Cámara de decantación donde los dos líquidos previamente mezclados se separan completamente mediante fuerza centrífuga. Los vertederos de desbordamiento estabilizan el área de separación independientemente de los caudales. La posición de la interfase depende del diámetro del vertedero de desbordamiento de fase pesada, que es intercambiable y se selecciona de acuerdo con la relación de densidad de fase.
Configuraciones
Mezcla y separación
Como se describió anteriormente, la configuración de mezcla y separación es la operación estándar para los contactores centrífugos utilizados para los procesos de extracción líquido-líquido . Los dos líquidos (normalmente una fase acuosa (pesada) y una fase orgánica (ligera)) entran en la zona de mezcla anular donde se forma una dispersión líquido-líquido y se produce la extracción a medida que los solutos (por ejemplo, iones metálicos disueltos) se transfieren de una fase a la otro. Dentro del rotor, los líquidos se separarán en una fase pesada (azul) y una ligera (amarilla) por sus respectivas densidades. Esta proporción de cada fase (relación de fase), el caudal total, la velocidad del rotor y los tamaños de vertedero se varían para optimizar la eficiencia de la separación. Los líquidos separados se descargan sin presión y fluyen por gravedad para salir de la etapa (tenga en cuenta que la salida es más alta que la entrada en la Fig. 2).
Separación por alimentación directa
Para aplicaciones que solo requieren la separación de una dispersión premezclada (por ejemplo, separación de aceite / agua en la limpieza ambiental), la alimentación directa ofrece la opción de alimentar la corriente de líquido mezclado con una fuerza corta directamente al rotor. Dentro del rotor, los líquidos se separarán en una fase pesada (azul) y una ligera (amarilla). Este principio se utiliza para optimizar la eficiencia de la separación. Los líquidos separados se descargarán sin presión.
Procesamiento de varias etapas
Por lo general, para los procesos de extracción por solvente en equipos por etapas, como el contactor centrífugo, tendría múltiples contactores en serie para extracción, fregado y pelado (y quizás otros). El número de etapas necesarias en cada sección del proceso dependería de los requisitos de diseño del proceso (factor de extracción necesario). En el caso de la figura 6, cuatro etapas interconectadas proporcionan un proceso continuo en el que la primera etapa es una etapa de decantación. Las siguientes dos etapas muestran una extracción en contracorriente. La última etapa es una neutralización como interconexión transversal.
Ver también
Referencias
- ^ G. Bernstein, et al., Un contactor centrífugo anular de alta capacidad, Nuclear Technology 20; 200-202 (1973).
- ^ RA Leonard, Principios de diseño y aplicaciones de contactores centrífugos para extracción de solventes . En Ion Exchange and Solvent Extraction: A Series of Advances (Volumen 19) (BA Moyer (Ed.), Capítulo 10, pág. 563 (2010).
- ^ "Planta de procesamiento de residuos de sal - Fase II" . Archivado desde el original el 27 de febrero de 2013 . Consultado el 19 de diciembre de 2012 .
enlaces externos
- CINC Industries Fabricante de contactores centrífugos
- Extractores centrífugos monoetapa ROUSSELET ROBATEL
- Extractores centrífugos multietapa ROUSSELET ROBATEL
- (en alemán) Un extractor centrífugo lava, extrae y separa en una sola etapa de procesamiento (artículo en la revista Process).
- Extractores centrífugos líquidos de una y varias etapas CINC Alemania
- Extractor centrífugo para aplicaciones líquido líquido en proceso
- ¿Qué es un contactor centrífugo anular?
- Modelado de dinámica de fluidos computacional (CFD) de contactores centrífugos
- Extractor centrífugo multietapa Patente