一種連續(xù)相并流萃取塔和萃取的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種連續(xù)相并流萃取塔和萃取的方法，尤其為化工生產(chǎn)中多級(jí)逆流的萃取過(guò)程提供一種萃取塔和連續(xù)萃取的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多級(jí)逆流萃取是化工生產(chǎn)中常用的分離方法，它依靠?jī)上辔锪显谠O(shè)備內(nèi)充分接觸實(shí)現(xiàn)分離的目的。目前采用的主要設(shè)備有填料塔和板式塔，填料塔是利用填料的切割作用將分散相切割成細(xì)小的液滴實(shí)現(xiàn)較高的液液傳質(zhì)表面，板式塔主要是利用塔板的篩孔將分散相物料形成細(xì)小的液滴。由于板式塔的塔板阻隔效應(yīng)，與填料塔相比可大大減小軸向返混有利于提高傳質(zhì)效率，但對(duì)于普通的篩板塔，連續(xù)相物料在各塔板間往返折流，使塔板兩端傳質(zhì)推動(dòng)力差別較大，不利于提高平均傳質(zhì)推動(dòng)力。
[0003]針對(duì)化工生產(chǎn)中常見(jiàn)的汽液分離問(wèn)題，美國(guó)專利US4582569、US5223183和US8235362相繼提出了相鄰塔板上液相并流的分離方法和塔板結(jié)構(gòu)，一定程度上解決了液相往返折流帶來(lái)的傳質(zhì)推動(dòng)力不高的問(wèn)題，但長(zhǎng)期以來(lái)該種分離方法主要應(yīng)用于精餾分離以提高板效，并未見(jiàn)該種方法在連續(xù)萃取過(guò)程方面的塔板結(jié)構(gòu)和應(yīng)用報(bào)道。
[0004]對(duì)于萃取過(guò)程，近些年研宄主要集中在對(duì)填料結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，如國(guó)內(nèi)相繼提出了扁環(huán)填料、格柵填料和網(wǎng)架填料等新型填料結(jié)構(gòu)。但單純的填料塔一般較適用于界面張力不高的萃取系統(tǒng)，對(duì)于界面張力較高的系統(tǒng)，更傾向于采用傳統(tǒng)帶攪拌作用的萃取設(shè)備或板式塔。
[0005]此外，工業(yè)上還有許多萃取系統(tǒng)，溶質(zhì)在兩相中的濃度變化范圍很大，整個(gè)萃取塔中液液界面張力大小也有較大幅度的變化，依靠單一的填料往往難于獲得最佳的萃取效果，特殊結(jié)構(gòu)的板式塔也許更有優(yōu)勢(shì)。
[0006]本發(fā)明針對(duì)界面張力變化范圍較寬的萃取系統(tǒng)，提出采用連續(xù)相并流板式塔進(jìn)行液液萃取分離。依靠相鄰兩個(gè)傳質(zhì)單元的連續(xù)相并流效應(yīng)，提高塔板的整體傳質(zhì)推動(dòng)力；通過(guò)改變不同位置塔板的孔徑大小和板間距，可方便地適用于界面張力范圍較寬的萃取系統(tǒng)；通過(guò)對(duì)降液管(或升液管)進(jìn)出口結(jié)構(gòu)的改進(jìn)及增設(shè)導(dǎo)流擋板，使之能減小連續(xù)相流體的流速分布不均現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對(duì)界面張力范圍較寬的萃取系統(tǒng)，提供一種連續(xù)相并流萃取塔和萃取的方法，該萃取塔和萃取方法能夠提高塔板傳質(zhì)推動(dòng)力、減小塔板上連續(xù)相流速分布不均，實(shí)現(xiàn)較高的塔板效率。
[0008]塔板效率是評(píng)價(jià)塔板性能的綜合參數(shù)，其主要影響因素有塔板結(jié)構(gòu)、操作因素及流體性質(zhì)。流體性質(zhì)取決于所選擇物系的自身，其影響對(duì)各種萃取設(shè)備是同一的，是固有因素。塔板結(jié)構(gòu)不同，連續(xù)相與分散相流體接觸的方式不同，單位體積內(nèi)能夠形成的液液界面差別較大，這對(duì)液液傳質(zhì)速率有較大的影響；其次塔板結(jié)構(gòu)不同也使塔板上流體的流動(dòng)方向和流速變化也有較大差異，導(dǎo)致不同的停留時(shí)間分布差異及局部傳質(zhì)推動(dòng)力的差異，進(jìn)一步影響液液傳質(zhì)。因此改變塔板結(jié)構(gòu)和塔板布置方式是改變塔板效率的重要手段。
[0009]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種連續(xù)相并流萃取塔，包括圓柱形塔柱、若干塔板和升液管，所述塔板為圓形水平板，開(kāi)有中心孔，所述中心孔為兩端半圓中間矩形組成的直槽口結(jié)構(gòu)，升液管為空心柱體，橫截面與塔板中心孔一致，升液管穿過(guò)塔板的中心孔固定在塔板的中心，相鄰兩個(gè)塔板之間形成傳質(zhì)單元；升液管內(nèi)部設(shè)有若干Z形擋板，將升液管分隔成一系列Z形封閉通道，Z形封閉通道的半圓形側(cè)壁的下部開(kāi)有與塔板下部傳質(zhì)單元相通的入液口，入液口為左右對(duì)稱的兩組多排條形孔，或者為左右對(duì)稱的兩個(gè)矩形開(kāi)孔，在矩形開(kāi)孔上等間距焊有若干片水平弓形舌板，形成百葉窗式液體入口，舌板的外緣突出于半圓形側(cè)壁或與半圓形側(cè)壁齊平；Z形封閉通道的半圓形側(cè)壁的上部開(kāi)有與上一級(jí)塔板下部傳質(zhì)單元相通的出液口，出液口的結(jié)構(gòu)與入液口相同；塔板表面開(kāi)有Φ3?8mm篩孔，篩孔成正三角形或正方形排列，篩孔為豎直孔或突孔；塔板的下表面豎直焊有第一導(dǎo)流擋板和兩個(gè)第二導(dǎo)流擋板，第一導(dǎo)流擋板位于升液管長(zhǎng)軸的中軸線上，外緣與塔板持平，高度與出液口一致或略高；第二導(dǎo)流擋板位于靠近第一導(dǎo)流擋板的升液管半圓形與矩形的連接處，并垂直于升液管的中軸線，高度與第一導(dǎo)流擋板一致，寬度小于第一導(dǎo)流擋板。
[0010]一種應(yīng)用上述萃取塔進(jìn)行萃取的方法，包括以下步驟:
[0011](I)以輕相為連續(xù)相、重相為分散相時(shí)，連續(xù)相流體從塔底進(jìn)料口進(jìn)入升液管，經(jīng)過(guò)出液口進(jìn)入塔底第一塊塔板的下部，沿塔板下部水平流動(dòng)從另一側(cè)流進(jìn)入液口再次進(jìn)入升液管，沿Z形封閉通道向上再?gòu)某鲆嚎诹鞒鲞M(jìn)入第二塊塔板的下部，再依次在塔板下水平流動(dòng)從另一側(cè)進(jìn)入升液管，如此逐級(jí)向上流動(dòng)最后從塔頂出料口排出；分散相流體從塔頂進(jìn)料口進(jìn)入塔內(nèi)，依靠液體分布器進(jìn)入塔頂?shù)谝粔K塔板的上方，形成一層聚集層后沿塔板上設(shè)置的篩孔豎直穿過(guò)塔板進(jìn)入下一級(jí)傳質(zhì)單元，與連續(xù)相充分接觸后在塔板上又形成聚集層，如此逐級(jí)向下穿過(guò)塔板最后在塔的底端重新匯合凝聚后從塔底出料口排出；在每個(gè)傳質(zhì)單元內(nèi)，水平流動(dòng)的連續(xù)相與豎直向下流動(dòng)的分散相液滴以錯(cuò)流方式接觸進(jìn)行質(zhì)量交換；
[0012](2)以重相為連續(xù)相、輕相為分散相時(shí)，萃取塔倒置即可，此時(shí)升液管變?yōu)榻狄汗?，連續(xù)相流體從塔頂進(jìn)入降液管，通過(guò)Z形封閉通道向下從出液口流出，在塔板間逐級(jí)向下流動(dòng)，分散相流體從塔底進(jìn)入第一塊塔板的下方，聚集、分散、再聚集后逐級(jí)向上流動(dòng)。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:
[0014](I)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，將傳統(tǒng)板式塔兩邊的降液管整合于一體集中布置于塔的中心形成升液管(或降液管)，整體造價(jià)與傳統(tǒng)板式塔相比差別不大。
[0015](2)本發(fā)明的連續(xù)相流體在相鄰兩個(gè)單元的塔板間同向并流流動(dòng)，流型成半圓形，與傳統(tǒng)板式塔相鄰塔板的連續(xù)相逆向流動(dòng)相比有利于提高塔板的整體傳質(zhì)推動(dòng)力。
[0016](3)本發(fā)明通過(guò)改進(jìn)升液管(或降液管)進(jìn)出口結(jié)構(gòu)，結(jié)合導(dǎo)流擋板可以減小塔板間連續(xù)相流體流速分布不均的現(xiàn)象。
[0017](4)本發(fā)明可通過(guò)方便地改變不同位置的塔板結(jié)構(gòu)和板間距，適用于對(duì)液液兩相界面張力變化范圍較寬的萃取分離。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為萃取塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)平視圖；
[0019]圖2為萃取塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)立體圖；
[0020]圖3為塔板俯視圖；
[0021]圖4為升液管側(cè)面結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖5為萃取塔內(nèi)部物流圖；
[0023]圖中，圓形塔柱1、塔板2、升液管3、中心孔4、Z形擋板5、入液口 6、出液口 7、圓形側(cè)壁8、弓形舌板9、第一導(dǎo)流擋板10、第二導(dǎo)流擋板11、塔底進(jìn)料口 12、塔頂進(jìn)料口 13、塔底出料口 14、塔頂出料口 15。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]如圖1-5所示，本發(fā)明一種連續(xù)相并流萃取塔，包括圓柱形塔柱1、若干塔板2和升液管3，所述塔板2為圓形水平板，開(kāi)有中心孔4，所述中心孔4為兩端半圓中間矩形組成的直槽口結(jié)構(gòu)，升液管3為空心柱體，橫截面與塔板中心孔4 一致，升液管3穿過(guò)塔板2的中心孔4固定在塔板2的中心，相鄰兩個(gè)塔板2之間形成傳質(zhì)單元；
[0026]升液管3內(nèi)部設(shè)有若干Z形擋板5，將升液管3分隔成一系列Z形封閉通道，Z形封閉通道的半圓形側(cè)壁8的下部開(kāi)有與塔板2下部傳質(zhì)單元相通的入液口 6，入液口 6為左右對(duì)稱的兩組多排條形孔，或者為左右對(duì)稱的兩個(gè)矩形開(kāi)孔，在矩形開(kāi)孔上等間距焊有若干片水平弓形舌板9，形成百葉窗式液體入口，舌板9的外緣突出于半圓形側(cè)壁8或與半圓形側(cè)壁8齊平；Z形封閉通道的半圓形側(cè)壁8的上部開(kāi)有與上一級(jí)塔板2下部傳質(zhì)單元相通的出液口 7，出液口 7的結(jié)構(gòu)與入液口 6相同；
[0027]塔板2表面開(kāi)有Φ 3?8mm篩孔，篩孔成正三角形或正方形排列，篩孔為豎直孔或突孔；塔板2的下表面豎直焊有第一導(dǎo)流擋板10和兩個(gè)第二導(dǎo)流擋板11，第一導(dǎo)流擋板10位于升液管3長(zhǎng)軸的中軸線上，外緣與塔板2持平，高度與出液口 7 —致或略高；第二導(dǎo)流擋板11位于靠近第一導(dǎo)流擋板10的升液管3半圓形與矩形的連接處，并垂直于升液管3的中軸線，高度與第一導(dǎo)流擋板10 —致，寬度小于第一導(dǎo)流擋板10。
[0028]對(duì)于內(nèi)徑小于900mm的小型萃取塔，塔板2與升液管3可組合成一個(gè)整體，安裝時(shí)先固定第一塊塔板和升液管，然后通過(guò)定距管依次將整塊塔板裝于塔內(nèi)，塔板與塔壁、升液管間的縫隙通過(guò)在塔板邊緣焊接塔板圈填充密封填料的方式進(jìn)行密封。當(dāng)兩段塔節(jié)需要對(duì)接時(shí)，在上段塔節(jié)升液管內(nèi)壁焊接一段口徑稍小