一種隔壁雙層板式環(huán)流萃取塔和萃取的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種隔壁雙層板式環(huán)流萃取塔和萃取的方法，該萃取塔的塔板由分布板和穿流板組成，通過中心分隔板隔開。中心分隔板將萃取塔分為前后兩個(gè)傳質(zhì)區(qū)，每個(gè)傳質(zhì)區(qū)內(nèi)的分布板和穿流板從上向下交替排列，同區(qū)相鄰兩塊分布板間構(gòu)成一傳質(zhì)單元。同一塔板的分布板和穿流板依靠弓形連通管連通。連續(xù)相流體依靠連通管交替在兩個(gè)傳質(zhì)區(qū)的各個(gè)傳質(zhì)單元內(nèi)逐級環(huán)流流動，分散相流體平分為兩部分分別在兩個(gè)傳質(zhì)區(qū)內(nèi)與連續(xù)相流體逐級錯(cuò)流接觸傳質(zhì)。連續(xù)相流體依靠相鄰傳質(zhì)單元的同向流效應(yīng)，分散相流體依靠分布板的聚集、分散和穿流板的界面更新作用，使液液萃取達(dá)到較高的傳質(zhì)速率和分離效率，有益于兩相流率相差較大，以較小流量為連續(xù)相的萃取過程。
【專利說明】
一種隔壁雙層板式環(huán)流萃取塔和萃取的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種萃取塔結(jié)構(gòu)和萃取的方法，尤其為化工生產(chǎn)中多級逆流的萃取過程提供一種隔壁雙層板式環(huán)流萃取塔和萃取的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在化工分離領(lǐng)域，篩板塔經(jīng)常被選擇用于液液連續(xù)逆流萃取過程。篩板塔除可以減小連續(xù)相軸向返混效應(yīng)外，設(shè)計(jì)時(shí)還可通過調(diào)整板間距和開孔率的大小適用于密度和流比變化較大的液液萃取系統(tǒng)，因而在一些特定的萃取過程中，篩板塔比填料塔更有優(yōu)越性。
[0003]常規(guī)的篩板萃取塔塔板效率一般均不高，一是塔板上的連續(xù)相流動的停留時(shí)間分布十分不均，造成徑向返混嚴(yán)重導(dǎo)致總體傳質(zhì)推動力下降；二是分散相聚集為較大液滴時(shí)造成相界面積大幅減少，致使傳質(zhì)速率降低。尤其對于以較小流量作為連續(xù)相的萃取過程，隨著塔徑的增大，塔板上的流速分布不均現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重，不同位置的相界面積也相差較多，塔板的整體分離能力大大降低。
[0004]近些年出現(xiàn)了一些新型的復(fù)合篩板萃取塔結(jié)構(gòu)，如在塔板間增加聚集板的萃取塔結(jié)構(gòu)(CN201120556539.7)以及在塔板間增加網(wǎng)架填料的萃取塔結(jié)構(gòu)(CN201320842434.7)等，這些新結(jié)構(gòu)主要從分散相再分配方面對篩板塔進(jìn)行改進(jìn)。對于針對連續(xù)相流動方式的改進(jìn)，我們前期工作曾提出一種隔板交替式萃取塔結(jié)構(gòu)(CN201510170247.2)，由于對降液管結(jié)構(gòu)進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)，大大減小了連續(xù)相的非理想流動現(xiàn)象，提高了萃取效率。
[0005]為了同時(shí)改善連續(xù)相和分散相的流動問題，本發(fā)明提出一種采用隔壁雙層板式環(huán)流萃取塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行液液萃取的方法。在前期工作的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對降液管進(jìn)行簡化設(shè)計(jì)，以結(jié)構(gòu)簡單的弓形連通管代替降液管，同時(shí)在原有塔板間增加一層穿流板。這種改進(jìn)一方面使降液管所占空間顯著減小，有利于增加兩相在塔板間的傳質(zhì)與分離空間；另一方面還使分散相流體在聚集前再通過穿流板的切割作用更新分散相的傳質(zhì)表面，延緩相界面的快速降低。對于兩相流率相差較大的萃取過程，通過選擇流量較小的一相為連續(xù)相，流量較大的一相為分散相，使兩相的相對流動現(xiàn)象更趨合理，有利于提高塔板的整體傳質(zhì)推動力和塔板效率。此外，通過改變不同位置塔板的孔徑大小、開孔率和塔板間距，可同時(shí)適用于兩相密度和界面張力均也有較大變化的液液萃取系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種隔壁雙層板式環(huán)流萃取塔和萃取的方法，目的在于優(yōu)化萃取操作過程中連續(xù)相和分散相流體的流動和接觸方式。連續(xù)相流體依靠分隔板和連通管的作用使其在萃取塔內(nèi)按螺旋環(huán)流方式流動，減小流速分布不均和徑向返混現(xiàn)象以提高平均傳質(zhì)推動力。分散相流體通過分布板的聚集、分散和穿流板的界面更新作用，使萃取過程維持較高的相界面積，達(dá)到理想的傳質(zhì)速率和萃取效率。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種隔壁雙層板式環(huán)流萃取塔，該萃取塔由圓柱形塔壁、若干水平等間距的塔板和中心分隔板組成;所述中心分隔板從上向下貫穿于整個(gè)塔內(nèi)，將萃取塔分為前后兩個(gè)傳質(zhì)區(qū)，所述塔板由分布板和穿流板組成，分布板和穿流板依靠中心分隔板隔開;在中心分隔板的同一側(cè)，從上向下分布板和穿流板交替排列，同區(qū)相鄰兩塊分布板間構(gòu)成一個(gè)傳質(zhì)單元；同一塊塔板的分布板和穿流板依靠弓形連通管相連通，弓形連通管由圓柱形塔壁和垂直于中心分隔板的前后兩條豎直密封板圍成;所述連通管焊接在上下兩塊塔板間，上端與塔板齊平并相通，下端靠下一級塔板密封，依靠中心分隔板分為前后兩個(gè)對稱的豎直通道;所述連通管內(nèi)部的下方在中心分隔板上開有矩形孔，使連通管前后相通;奇數(shù)塔板的連通管和偶數(shù)塔板的連通管分別位于塔板的左右兩端。
[0008]進(jìn)一步地，所述分布板為圓孔篩板或錐形孔板。
[0009]進(jìn)一步地，所述穿流板為沖孔網(wǎng)板，網(wǎng)孔為矩形、菱形或正六邊形。
[0010]—種應(yīng)用上述萃取塔進(jìn)行萃取的方法，包括以下兩種情況:
[0011 ] I)以重相為連續(xù)相、輕相為分散相時(shí)，連續(xù)相流體從萃取塔頂進(jìn)入第一塊塔板的分布板上方，橫向流經(jīng)分布板，依靠連通管流向中心分隔板另一側(cè)的穿流板上方，縱向流過穿流板再橫向流經(jīng)下方分布板流至另一端的連通管，返回到初始側(cè)的第二塊塔板的穿流板上，再縱向流過穿流板到達(dá)第三塊塔板的分布板的上方。如此布置的萃取塔結(jié)構(gòu)使連續(xù)相在中心分隔板的兩側(cè)逐級交替向下環(huán)流流動，直至進(jìn)入塔底。分散相流體從塔底平分為兩部分分別在中心分隔板的兩側(cè)同時(shí)向上流動，在分布板下方聚集，通過分布板分散和穿流板界面更新逐級向上流動直至進(jìn)入塔頂。
[0012]2)以輕相為連續(xù)相、重相為分散相時(shí)，萃取塔倒置即可。連續(xù)相流體則逐級交替向上環(huán)流流動，分散相則從塔頂平分為兩部分分別在中心分隔板的兩側(cè)同時(shí)向下流動，在分布板上方聚集，通過分布板分散和穿流板界面更新逐級向下流動直至進(jìn)入塔底。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:
[0014](I)與傳統(tǒng)板式萃取塔相比，本發(fā)明增加了穿流板，整體造價(jià)雖稍高，但有利于在傳質(zhì)單元內(nèi)再更新分散相表面，提高傳質(zhì)的相界面積。
[0015](2)本發(fā)明通過設(shè)置中心分隔板和弓形連通管使連續(xù)相流體的流動接近于螺旋式環(huán)流流動，有利于減小連續(xù)相流動速度分布不均和返混現(xiàn)象，同時(shí)使塔板間的傳質(zhì)與分離空間增加。
[0016](3)本發(fā)明在中心分隔板同一側(cè)的相鄰兩傳質(zhì)單元內(nèi)，連續(xù)相流體保持同向流動，有利于提高萃取塔板的整體萃取效率。
[0017](4)本發(fā)明采用將塔體一分為二的策略，有利于增加連續(xù)相流體的流程和平均流速，特別適用于兩相流率相差較大的液液萃取過程。
【附圖說明】
[0018]圖1為萃取塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)平視圖；
[0019]圖2為塔板與連通管連接立體圖；
[0020]圖3為連通管結(jié)構(gòu)立體圖；
[0021 ]圖4為塔板平面圖；
[0022]圖中，圓柱形塔壁1、塔板2、中心分隔板3、分布板4、穿流板5、弓形連通管6、豎直密封板7、豎直通道8、矩形孔9。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方法對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]如圖1-4所示，本發(fā)明一種隔壁雙層板式環(huán)流萃取塔，該萃取塔由圓柱形塔壁1、若干水平等間距的塔板2和中心分隔板3組成;所述中心分隔板3從上向下貫穿于整個(gè)塔內(nèi)，將萃取塔分為前后兩個(gè)傳質(zhì)區(qū)，所述塔板2由分布板4和穿流板5組成，分布板4和穿流板5依靠中心分隔板3隔開;在中心分隔板3的同一側(cè)，從上向下分布板4和穿流板5交替排列，同區(qū)相鄰兩塊分布板4間構(gòu)成一個(gè)傳質(zhì)單元。由于靠中心分隔板3將萃取塔分為前后兩個(gè)傳質(zhì)區(qū)，連續(xù)相流體流動時(shí)減小了流通截面、增加了流程總長，有利于減小連續(xù)相流體徑向上的不均勻流動和返混現(xiàn)象。其次，由于在單個(gè)傳質(zhì)單元內(nèi)增設(shè)了穿流板5，可使分散相流體再次更新傳質(zhì)表面，提高傳質(zhì)的相界面積。
[0025]所述分布板4為開孔率5?20%的圓孔篩板或錐形孔板，穿流板5為開孔率50?90%的沖孔網(wǎng)板，網(wǎng)孔為矩形、菱形或正六邊形。分布板4的作用是只允許分散相穿過，將聚集后的分散相進(jìn)行再分散，更新并強(qiáng)制增加分散相的表面積。由于分布板4的阻隔作用，有利于減小連續(xù)相流體在軸向上的返混效應(yīng)。穿流板5的作用是再更新兩相界面，由于兩相都要經(jīng)過穿流板逆流流動，需要盡可能減小流動阻力，因而穿流板5的開孔率比分布板4的開孔率要大。
[0026]同一塊塔板2的分布板4和穿流板5依靠弓形連通管6相連通，弓形連通管6由圓柱形塔壁I和垂直于中心分隔板3的前后兩條豎直密封板7圍成;所述連通管6焊接在上下兩塊塔板2間，上端與塔板2齊平并相通，下端靠下一級塔板2密封，依靠中心分隔板3分為前后兩個(gè)對稱的豎直通道8;所述連通管6內(nèi)部的下方在中心分隔板3上開有矩形孔9，使連通管6前后相通;奇數(shù)塔板2的連通管6和偶數(shù)塔板2的連通管6分別位于塔板2的左右兩端。連通管的作用是引導(dǎo)連續(xù)相流體平穩(wěn)地流動，為了減小分散相的夾帶，一般需要使連續(xù)相流體在內(nèi)部豎直流動且保證足夠的流通截面。本發(fā)明所述的連通管使連續(xù)相流體按U型路線流動，有利于確保連續(xù)相流動的穩(wěn)定和均勻性，對于兩相流率相差較大的液液萃取過程，當(dāng)選擇流率較小的流體為連續(xù)相時(shí)，與傳統(tǒng)板式萃取塔相比，本發(fā)明更具優(yōu)越性。
[0027]此外，通過中心分隔板的設(shè)計(jì)，還使連續(xù)相流體在整個(gè)萃取塔內(nèi)按螺旋環(huán)流方式流動。對同一側(cè)的相鄰兩個(gè)傳質(zhì)單元，連續(xù)相流體保持同向流動，也比傳統(tǒng)的連續(xù)相逆向流動萃取過程的平均傳質(zhì)推動力要高，有利于提高萃取塔板的整體萃取效率。
[0028]—種應(yīng)用上述萃取塔進(jìn)行萃取的方法，包括以下兩種情況:
[0029](I)以重相為連續(xù)相、輕相為分散相時(shí)，連續(xù)相流體從萃取塔頂進(jìn)入第一塊塔板2的分布板4上方，橫向流經(jīng)分布板4，依靠連通管6流向中心分隔板3另一側(cè)的穿流板5上方，縱向流過穿流板5再橫向流經(jīng)下方分布板4流至另一端的連通管6，返回到初始側(cè)的第二塊塔板2的穿流板5上，再縱向流過穿流板5到達(dá)第三塊塔板2的分布板4的上方。如此布置的萃取塔結(jié)構(gòu)使連續(xù)相在中心分隔板3的兩側(cè)逐級交替向下環(huán)流流動，直至進(jìn)入塔底。分散相流體從塔底平分為兩部分分別在中心分隔板3的兩側(cè)同時(shí)向上流動，在分布板4下方聚集，通過分布板4分散和穿流板5界面更新逐級向上流動直至進(jìn)入塔頂。
[0030](2)以輕相為連續(xù)相、重相為分散相時(shí)，萃取塔倒置即可。連續(xù)相流體則逐級交替向上環(huán)流流動，分散相則從塔頂平分為兩部分分別在中心分隔板3的兩側(cè)同時(shí)向下流動，在分布板4上方聚集，通過分布板4分散和穿流板5界面更新逐級向下流動直至進(jìn)入塔底。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種隔壁雙層板式環(huán)流萃取塔，其特征在于，該萃取塔由圓柱形塔壁(I)、若干水平等間距的塔板(2)和中心分隔板(3)組成;所述中心分隔板(3)從上向下貫穿于整個(gè)塔內(nèi)，將萃取塔分為前后兩個(gè)傳質(zhì)區(qū)，所述塔板(2)由分布板(4)和穿流板(5)組成，分布板(4)和穿流板(5)依靠中心分隔板(3)隔開;在中心分隔板(3)的同一側(cè)，從上向下分布板(4)和穿流板(5)交替排列，同區(qū)相鄰兩塊分布板(4)間構(gòu)成一個(gè)傳質(zhì)單元；同一塊塔板(2)的分布板(4)和穿流板(5)依靠弓形連通管(6)相連通，弓形連通管(6)由圓柱形塔壁(I)和垂直于中心分隔板(3)的前后兩條豎直密封板(7)圍成;所述連通管(6)焊接在上下兩塊塔板(2)間，上端與塔板(2)齊平并相通，下端靠下一級塔板(2)密封，依靠中心分隔板(3)分為前后兩個(gè)對稱的豎直通道(8);所述連通管(6)內(nèi)部的下方在中心分隔板(3)上開有矩形孔(9)，使連通管(6)前后相通;奇數(shù)塔板(2)的連通管(6)和偶數(shù)塔板(2)的連通管(6)分別位于塔板(2)的左右兩端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔壁雙層板式環(huán)流萃取塔，其特征在于，所述分布板(4)為圓孔篩板或錐形孔板。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔壁雙層板式環(huán)流萃取塔，其特征在于，所述穿流板(5)為沖孔網(wǎng)板，網(wǎng)孔為矩形、菱形或正六邊形。4.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述萃取塔進(jìn)行萃取的方法，其特征在于，包括以下兩種情況: 1)以重相為連續(xù)相、輕相為分散相時(shí)，連續(xù)相流體從萃取塔頂進(jìn)入第一塊塔板(2)的分布板(4)上方，橫向流經(jīng)分布板(4)，依靠連通管(6)流向中心分隔板(3)另一側(cè)的穿流板(5)上方，縱向流過穿流板(5)再橫向流經(jīng)下方分布板(4)流至另一端的連通管(6)，返回到初始側(cè)的第二塊塔板(2)的穿流板(5)上，再縱向流過穿流板(5)到達(dá)第三塊塔板(2)的分布板(4)的上方。如此布置的萃取塔結(jié)構(gòu)使連續(xù)相在中心分隔板(3)的兩側(cè)逐級交替向下環(huán)流流動，直至進(jìn)入塔底。分散相流體從塔底平分為兩部分分別在中心分隔板(3)的兩側(cè)同時(shí)向上流動，在分布板(4)下方聚集，通過分布板(4)分散和穿流板(5)界面更新逐級向上流動直至進(jìn)入塔頂。 2)以輕相為連續(xù)相、重相為分散相時(shí)，萃取塔倒置即可。連續(xù)相流體則逐級交替向上環(huán)流流動，分散相則從塔頂平分為兩部分分別在中心分隔板(3)的兩側(cè)同時(shí)向下流動，在分布板(4)上方聚集，通過分布板(4)分散和穿流板(5)界面更新逐級向下流動直至進(jìn)入塔底。
【文檔編號】B01D11/04GK105903228SQ201610388949
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】王成習(xí)
【申請人】浙江大學(xué)