CN102698467A

CN102698467A - 采用振动环形折流板萃取塔提取与纯化天然铀的方法

Info

Publication number: CN102698467A
Application number: CN2012102301381A
Authority: CN
Inventors: 王学军; 徐盛明
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明公开了一种属于萃取领域的振动环形折流板萃取塔，及使用所述的萃取塔提取与纯化天然铀的方法。所述的萃取塔包括置于塔体内部中心的中心轴，中心轴上一一相间套接有内环板、定距管、外环板、定距管，从而形成折流板板串；固定安装在塔体上端的上扩大端上部的电机通过凸轮带动折流板板串上下运动；上扩大端和位于塔体下部的下扩大端分别有轻、重相进口和出口。使用所述的萃取塔提取与纯化天然铀的方法为：从上端的重相进口向塔内充物料；开启电机，按照有机相：水相的流量比0.5～10，由下端的轻相进口向塔内进萃取剂，从而形成水相朝下、有机相朝上的逆流萃取。本发明的萃取塔结构简单，通量大且效率较高；本发明的方法环保节能、成本低。

Description

采用振动环形折流板萃取塔提取与纯化天然铀的方法

技术领域

本发明属于萃取领域，具体涉及一种振动环形折流板萃取塔，及使用所述的萃取塔提取与纯化天然铀的方法。

背景技术

脉冲筛板塔（PL）由Van Dijk于1935年发明，具有如下特点：①结构简单；②两相在塔内停留时间短，流动和传质性能好；③体积小，易于操作；④无传动部件、易于实现远距离控制以保证临界安全；⑤与其塔有能量输入的萃取塔相比轴向返混程度低且随塔径变化不大。主编：汪家鼎，陈家镛，溶剂萃取手册，化学工业出版社，237。

振动筛板塔（RPC），由Van Dijk于1935年提出，后由Karr A.E和Lo T.C

加以开发研究，应用于工业萃取操作；具有如下特点：①通量大且效率较高；②由于筛孔大且处于振动状态，因而易于处理含固态的原料；③由于振动频率和振幅可以调节，且在塔横截面上外加能量分布较均匀，因而适合处理易乳化物系；④结构简单，容易放大；⑤维修及操作费用较低的特点。主编：汪家鼎，陈家镛，溶剂萃取手册，化学工业出版社，266，184。

天然铀的提取与纯化一直以来基本以脉冲筛板塔作为重点萃取设备，国外也有以转盘塔作为萃取设备进行研究。国内使用脉冲筛板萃取塔主要是为了避免高放条件下机械设备检修的困难。2008年王学军、徐盛明、李昆明等申请了《用振动筛板塔提取与纯化天然铀的方法》的发明专利（授权公告号：CN101269838 B），使振动筛板塔在核工业提取与纯化天然铀过程中得到应用。脉冲环形折流板萃取塔虽然具有很多优点，但是能量输入是其致命的问题，特别是在工业规模大型环形折流板萃取塔的情况下，脉冲能量输入问题将制约环形折流板萃取塔的使用与发展。将振动环形折流板萃取塔应用到工业规模以及核工业领域，也为塔式萃取设备的应用与研究领域填补一项空白。

对于天然铀的提取与纯化的萃取化工工艺过程来说，所处理物料的放射性低、毒性小，对机械设备及其检修不构成影响，因而不需要远距离操作。因此，当采用规格（塔径）较大脉冲塔进行天然铀的提取与纯化生产时，其耗能大，对料液的脉冲作用不易均匀，因而能量输入和操作都比较困难。对于其它工业萃取过程也是同样道理。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型振动环形折流板萃取塔。

本发明的另一目的是提供一种利用上述振动环形折流板萃取塔提取与纯化天然铀的方法。

所述的振动环形折流板萃取塔的结构如下：

塔体9上部是上扩大端6，上扩大端6的直径与高度（体积）由所处理的轻相的处理量及所要求的澄清时间确定；所述的上扩大端6的下部有一个水相（重相）进口4，上部有一个有机相（轻相）出口1；

塔体9下部是下扩大端7，下扩大端7的直径与高度（体积）由所处理的重相的处理量及所要求的澄清时间确定；所述的下扩大端7的下部有一个水相（重相）出口3，上部有一个有机相（轻相）进口2；

塔体9内部中心位置安装有中心轴10；所述的中心轴10上端和固定安装在上扩大端6上部的电机8连接；中心轴10上一一相间套接有内环板51、定距管、外环板52、定距管，从而形成折流板板串；所述的电机8通过凸轮带动折流板板串上下运动。

所述的内环板51的外径大于外环板52的内径，且其中心有一个和定距管内径相同的孔；

所述的外环板52的外径与塔壁之间的间距尽量小，以不影响其上下振动且不与塔壁之间剐蹭为准；外环板52的中心有一个和定距管内径相同的孔，该孔通过辐条31和外环板52的本体（内径的圆环部位）相连，没有辐条31的部位形成允许液体流过的通道。

一种利用上述振动环形折流板萃取塔提取与纯化天然铀的方法，包括以下步骤：

当做上界面操作，且采用水相连续时：

（1）由水相进口4向塔内充物料，待含有折流板板串的塔体充满物料后，水相停止进料；

（2）开启电机8，频率调至40～300/min，按照有机相：水相的流量比（即体积比）为0.5～10，由有机相进口2向塔内进萃取剂，待界面建立，开始经过下扩大端由水相出口排出萃余水相；

（3）待有机相萃取剂开始经由上扩大端从有机相出口1溢流以后，有机相和水相的进出料口按上述流比分别有萃取剂和物料进出，在折流板板串的振动作用下，水相和有机相得到充分的混合；在重力的作用下，水相朝下、有机相朝上沿着液体流动路径21运动，形成逆流萃取；其中有机相萃取剂是由磷酸三丁酯（TBP）与磺化煤油按体积比2:8~4:6的比例配制。

本发明的有益效果为：

将振动筛板塔的能量输入形式，应用到环形折流板萃取塔塔型，从而获得了一种新型振动环形折流板萃取塔；该塔具有如下优点：

①通量大且效率较高；②由于处于振动状态，因而易于处理含固态的原料；③由于振动频率和振幅可以调节，且在塔横截面上外加能量分布较均匀；④结构简单，运行稳定可靠，维修及操作费用较低。

在天然铀的提取与纯化生产上，本发明具有明显的优势：①运行稳定，放大设计可靠；②具有很好的自清洁能力；③环节少、动力消耗小、节约能源；④噪音小，对周围环境基本没有影响；节约成本，检修容易。

附图说明

图1是本发明的振动环形折流板萃取塔的基本结构；

图2是本发明的振动环形折流板萃取塔塔体的部分纵剖面图；

图3：a图是本发明的内环板结构示意图；b图是本发明的外环板结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的说明：

实施例1：

系统如图1所示，当做上界面操作，且采用水相连续时，首先由水相进口4向塔内充料，待含有折流板板串的塔体部分充满物料后，水相停止进料；开启电机8，频率调至80/min，按照有机相：水相的流量比（即体积比）为1.5由有机相进口2向塔内进萃取剂，待界面建立，开始由水相出口3排出萃余水相；到有机相开始由有机相出口1溢流以后，此时完整的萃取操作过程开始（有机相和水相的进出料口按流比分别有萃取剂和物料进出，折流板板串振动）。在折流板板串振动的作用下，水相和有机相得到充分的混合，达到萃取的目的。在重力的作用下水相朝下、有机相朝上运动，形成逆流萃取。由于折流板板串的振动是由电机8驱动的，所以运行稳定可靠，折流板板串可以把能量均匀的传递到整个塔体内的液体。上扩大端6是有机相澄清室，是为了减少有机相夹带水相。下扩大端7是水相澄清室，是为了减少水相夹带有机相。有机相（也称萃取剂）是由TBP与磺化煤油以体积比2.6:7.4比例配制。由于TBP对铀的良好选择性，国内外无论是生产规模还是实验室研究中基本都使用其作为萃取剂。

实施例2：

操作步骤和实施例1一样，不同的只是频率为240/min；有机相：水相的流量比为3，有机相是由TBP与磺化煤油按3.6:6.4的比例配制。

实施例3：

操作步骤和实施例1一样，不同的只是频率为160/min；有机相：水相的流量比为2，有机相是由TBP与磺化煤油按3:7的比例配制。

量果的振动频振动环形折流板萃取塔的塔径、塔高和相同塔径、塔高的脉冲筛板塔相比，对于达到相同的纯度效果，振动环形折流板萃取塔的振动强度参数范围宽，液泛速度越大。振动强度作为衡量能量输入大小的参数，参数范围宽说明设备工作弹性大。液泛速度是衡量设备处理能力的参数，液泛速度越大设备处理量越大。

Claims

1.一种振动环形折流板萃取塔，其特征在于，所述的萃取塔的结构如下：

塔体（9）上部是上扩大端（6），上扩大端（6）的直径与高度由所处理的轻相的量及所要求的澄清时间确定；所述的上扩大端（6）的下部有一个重相进口（4），上部有一个轻相出口（1）；

塔体（9）下部是下扩大端（7），下扩大端（7）的直径与高度由所处理的重相的量及所要求的澄清时间确定；所述的下扩大端（7）的下部有一个重相出口（3），上部有一个轻相进口（2）；

塔体（9）内部中心位置安装有中心轴（10）；所述的中心轴（10）上端和固定安装在上扩大端（6）上部的电机（8）连接；中心轴（10）上一一相间套接有内环板（51）、定距管、外环板（52）、定距管，形成折流板板串；所述的电机（8）通过凸轮带动折流板板串上下运动。

2.根据权利要求1所述的振动环形折流板萃取塔，其特征在于，所述的内环板（51）的外径大于外环板（52）的内径，且位于其中心的孔的直径和定距管内径相同。

3.根据权利要求1所述的振动环形折流板萃取塔，其特征在于，所述的外环板（52）的外径与塔壁之间的间距尽量小，以不影响其上下振动且不与塔体内壁之间剐蹭为准；位于外环板（52）中心的孔的直径和定距管内径相同，该孔通过辐条（31）和外环板（52）的本体相连，没有辐条（31）的部位形成允许液体流过的通道。

4.一种利用权利要求1所述的振动环形折流板萃取塔提取与纯化天然铀的方法，包括以下步骤：

当做上界面操作，且采用水相连续时：

（1）由重相进口（4）向塔内充物料，待含有折流板板串的塔体充满物料后，水相停止进料；

（2）开启电机（8），频率调至40～300/min，按照有机相：水相的流量比为0.5～10，由轻相进口（2）向塔内进萃取剂，待界面建立，开始经过下扩大端由重相出口排出萃余水相；

（3）待有机相萃取剂开始经由上扩大端从轻相出口（1）溢流以后，有机相和水相的进出料口按上述流比分别有萃取剂和物料进出，在折流板板串的振动作用下，水相和有机相得到充分的混合；在重力的作用下，水相朝下、有机相朝上沿着液体流动路径（21）运动，形成逆流萃取。

5.根据权利要求4所述的利用振动环形折流板萃取塔提取与纯化天然铀的方法，其特征在于，所述的有机相萃取剂由磷酸三丁酯与磺化煤油按体积比2:8~4:6的比例配制。