CN102847341B - 轮盘式液-液萃取塔 - Google Patents
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Abstract
一种轮盘式液-液萃取塔，包括第一澄清段、萃取段、第二澄清段、动力装置和主轴，所述萃取段位于第一澄清段与第二澄清段之间，所述主轴的上端与动力装置的动力输出轴连接，其下端穿过第一澄清段伸入萃取段内腔，安装在萃取段底部所设置的支撑座上；萃取段至少有两个萃取室，每个萃取室主要由萃取段外壳和安装在所述外壳内壁的两环形水平隔板围成，各萃取室内均设置有一个轮盘，所述轮盘安装在主轴上；第一澄清段的壳壁上设置有料液进口和萃取液出口，所述第二澄清段壳壁上设置有萃取剂进口和萃余液出口。
Description
技术领域
本发明属于化学工业传质与分离设备技术领域，涉及一种液-液萃取塔。
背景技术
萃取是分离液体混合物的重要方法，广泛应用于化学工业、石油化工、湿法冶金、原子能工业、生工制药和食品工业等众多领域。在萃取操作中，影响该传质过程的因素有多种，其中两相接触面积是第一位的要素，萃取技术的发展与进步，无一不是围绕着改善液-液接触状况和增大传质面积而展开的。传统的萃取技术，主要是通过机械搅拌、借助剪切力的作用将一相破碎成液滴群分散悬浮在另一连续相中，而料液往往具有较大的粘性和较高的表面张力，液滴聚合的速度很快，液体破碎分散所需的能耗较高，而且分散的液滴尺寸一般在2～3mm，相际接触面积不大，萃取效率不高。
近年来，随着化工技术研究向高效率和精细化方向的迅猛发展，研究者们以新的视角审视传统萃取技术的固有缺点、尝试采用新的方法强化液-液分散和萃取分离过程，以期获得技术上的突破。骆广生等人采用微孔分散方法研究了分散相液滴尺寸对萃取过程的影响，并提出了一种多级逆流微萃取系统(CN 102059001A)，该萃取系统分离效率较高，但工艺流程较为复杂，特别是当料液中含有固体杂质时，容易堵塞孔眼，工业应用受到一定限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种轮盘式液-液萃取塔，此种萃取塔尤其适用于含有一定量的固体杂质的液体的分离，不仅提高了萃取(分离)效率，而且对物料的适应范围宽，处理能力大，流程简捷，运行和维护方便。
本发明的技术方案：在萃取塔的各萃取室中安装一种轮盘，用微薄液膜分散为特征的萃取模式代替现有技术中的以液滴分散为特征的萃取模式，从而实现高效的萃取。
本发明所述轮盘式液-液萃取塔，包括第一澄清段、萃取段、第二澄清段、动力装置和主轴，所述萃取段位于第一澄清段与第二澄清段之间，所述主轴的上端与动力装置的动力输出轴连接，其下端穿过第一澄清段伸入萃取段内腔，安装在萃取段底部所设置的支撑座上；萃取段至少有两个萃取室，每个萃取室主要由萃取段外壳和安装在所述外壳内壁的两环形水平隔板围成，各萃取室内均设置有一个轮盘，所述轮盘安装在主轴上；第一澄清段的壳壁上设置有料液进口和萃取液出口，所述第二澄清段的壳壁上设置有萃取剂进口和萃余液出口。上述轮盘式液-液萃取塔中，动力装置为调速电机，或电机和减速器的组合。。
为了有效抑制级间返混，并能使液体在萃取室室间顺畅流动，本发明所述轮盘式液-液萃取塔设置了多孔挡板，所述多孔挡板的数量与环形水平隔板的数量相同，其外径小于环形水平隔板的内径，各环形水平隔板的内孔中均安放一个多孔挡板，各多孔挡板分别固定在主轴上。各环形水平隔板与多孔挡板之间的环形开口是料液、萃取剂进出萃取室的通道。
上述多孔挡板，其开孔率为5%～10%，多孔挡板上的孔均匀分布，孔径为3mm～5mm。
本发明所述轮盘式液-液萃取塔，其萃取室中的轮盘由套管、筋板、径板、第一网板、第二网板、上翼板和下翼板构成；上述各构件的组装方式：所述筋板固定在套管上，其中心线与套管的中心线重合，所述径板至少为三块，各径板相距等角度安装在套管上，所述第二网板为圆筒形，环绕各径板的外端安装并与各径板固连，其高度与径板的高度相同，其中心线与套管的中心线重合，所述第一网板位于套管与第二网板之间且环绕套管安装形成与套管同中心线的圆筒并与各径板固连，其高度与第二网板的高度相同，所述上翼板和下翼板均为环形平板，分别安装在第二网板的上端和下端。
上述轮盘中，其第一网板和第二网板的开孔率优选为10％～25％，两网板上的孔均匀分布，且孔径相同。所述第一网板和第二网板上开设的孔优选以下排列方式和尺寸：相邻两列孔中邻近的三个孔按等边三角形排列，孔径为2mm～4mm。
本发明所述轮盘式液-液萃取塔的工作模式：从萃取塔上部引入重相料液，从萃取塔下部引入轻相萃取剂，在密度差的作用下，重相料液向下沉降，轻相萃取剂向上浮升；电机驱动主轴旋转并带动轮盘和多孔挡板转动，在主轴附近形成负压，吸引重相料液和轻相萃取剂从轮盘上、下两端入口进入轮盘内腔，在离心力的作用下，重相料液和轻相萃取剂由内而外流过轮盘，经第一网板完成第一次分散混合，再经过第二网板分散后从轮盘外缘甩入盘外液体中(见图7)。若将盘外液体视为静止不动的幕墙，则从轮盘第二网板流出的液体被涂敷在此幕墙上。若将第二网板的每个孔视作一支自来水笔，笔尖随轮盘的转动而在幕墙上划过，把墨水(液体)均匀涂布在幕墙上，形成一层极薄的液层(见图8)。假设第二网板沿圆周方向有一百个孔，那么，轮盘旋转一周就在幕墙上涂敷了一百层液膜。第二网板上密集的网孔犹如成千上万支自来水笔的涂抹，形成无数的液膜薄层。这样，无论是重相料液还是轻相萃取剂或混合液，都将被充分铺展开来，形成非常大的相际接触面积，使传质速率大大加快。萃取后的液体迅速离开作用区，完成分散相液滴的聚并和分层过程，分层后的两相，轻者上浮，重者下行，分别从环形水平隔板与多孔挡板之间的环形开口和多孔挡板上分布的孔进入下一萃取室继续进行萃取。经过多级萃取后，萃取液富集在塔顶澄清段，萃余液富集在塔底澄清段，并被引出塔外。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述萃取塔，由于其各萃取室内所设置的轮盘实现了以微薄液膜分散为特征的萃取模式(即将互不相溶的两个液相形成薄层液膜)，因而相际接触面积大，传质速度快，大大提高了萃取效率。
2、本发明所述萃取塔，将多级逆流萃取过程集合在一台设备中，流程简捷，运行和维护十分方便。
3、本发明所述萃取塔，由于其萃取室设置了多孔挡板及多孔挡板与隔板的组合方式，不仅有效抑制了级间返混，而且能使液体在萃取室室间顺畅流动。
4、由于轮盘中第一网板和第二网板的孔径达2mm～4mm，因而不易堵塞，对料液的适应性强，便于工业应用。
附图说明
图1是本发明所述轮盘式液-液萃取塔的结构示意图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是轮盘的结构示意图。
图4是图3的D-D剖视图。
图5是图4的E向局部视图。
图6是本发明所述轮盘式液-液萃取塔工作时与相关装置的组合示意图。
图7是两相液体在本发明所述轮盘式液-液萃取塔的萃取室中的流动方式示意图，其中：重相料液，轻相萃取剂，混合液。
图8是轮盘的工作原理示意图。
图中，1-动力装置，2-主轴，3-萃取液出口，4-多孔挡板，5-环形水平隔板，6-萃取段外壳，7-轮盘(7-1：套管、7-2：筋板、7-3：上翼板、7-4：径板、7-5：第一网板、7-6第二网板、7-7：下翼板)，8-萃取室，9-支撑座，10-萃取剂进口，11-萃余液出口，12—料液进口，13-萃取塔，14-料液储槽，15-萃取剂储槽，16-萃取液储槽，17-萃余液储槽，18-泵。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明所述轮盘式液-液萃取塔作进一步说明。
实施例1
本实施例中，轮盘式液-液萃取塔的结构如图1、图2所示，包括第一澄清段L2、萃取段L1、第二澄清段L3、动力装置1和主轴2，萃取段L1、第一澄清段L2和第二澄清段L3的外壳均为圆筒体，所述萃取段位于第一澄清段与第二澄清段之间，动力装置1为调速电机，所述主轴的上端与调速电机的动力输出轴连接，其下端穿过第一澄清段L2伸入萃取段L1内腔，安装在萃取段L1底部所设置的支撑座9上；所述第一澄清段L2的外壳侧壁上设置有料液进口12和萃取液出口3，所述第二澄清段L3的外壳侧壁上设置有萃取剂进口10，外壳底壁上设置有萃余液出口11。
本实施例中，萃取段L1有九个萃取室8，每个萃取室由萃取段外壳6、安装在所述外壳内壁的两环形水平隔板5、位于所述环形水平隔板内孔且固定在主轴上的多孔挡板4围成(见图1)，各萃取室的高度为60mm，内径为150mm，各萃取室内均设置有一个轮盘7，所述轮盘安装在主轴上，其外径为80mm，高度为20mm，结构如图3、图4所示，由套管7-1、筋板7-2、径板7-4、第一网板7-5、第二网板7-6、上翼板7-3和下翼板7-7构成；所述筋板7-2通过焊接固定在套管7-1上，其中心线与套管的中心线重合，所述径板7-4为六块，各径板7-4相距60度焊接在套管上，所述第二网板7-6为圆筒形，环绕各径板7-4的外端安装并与各径板7-4焊接，其高度与径板的高度相同，其中心线与套管的中心线重合，所述第一网板7-5位于套管7-1与第二网板7-6之间且环绕套管安装形成与套管同中心的圆筒并与各径板7-4焊接，其高度与第二网板7-6的高度相同，所述上翼板7-3、下翼板7-7为环形板，分别焊接在第二网板7-6的上端和下端。
本实施例中，第一网板7-5和第二网板7-6的开孔率为22％，两网板上所开设的孔均匀分布，各孔的孔径相等，为2mm，相邻两列孔中邻近的三个孔按等边三角形排列，如图5所示。多孔挡板开孔率为10%，孔径为3mm，均匀布孔。
实施例2
本实施例使用实施例1所述结构的轮盘式液-液萃取塔萃取湿法磷酸，轮盘式液-液萃取塔13与料液储槽14、萃取剂储槽15、萃取液储槽16、萃余液储槽17、两台泵18的组合方式如图6所示，从萃取塔第一澄清段L2的料液进口12引入料液，从萃取塔第二澄清段L3的萃取剂进口10引入萃取剂，从萃取塔第一澄清段L2的萃取液出口3排出萃取液，从萃取塔第二澄清段L3的萃余液出口11排出萃余液。
本实施例中，磷酸料液的磷酸质量浓度为55%，采用磷酸三丁酯和航空煤油的混合物为萃取剂，磷酸三丁酯与航空煤油的体积比为4:1，萃取剂与磷酸料液的相比为4:1，主轴2的转速为150rpm，磷酸料液的流量为134ml/min(用蠕动泵计量)，萃取剂的流量为536ml/min(用蠕动泵计量)。
按上述工艺参数进行了三次重复试验，试验结果表明，三次重复试验的磷酸萃取率平均值为59.6%(萃取率用重量法进行分析)。
Claims (5)
1.一种轮盘式液-液萃取塔，包括第一澄清段(L2)、萃取段(L1)、第二澄清段(L3)、动力装置(1)和主轴(2)，所述萃取段位于第一澄清段与第二澄清段之间，所述第一澄清段(L2)的壳壁上设置有料液进口(12)和萃取液出口(3)，所述第二澄清段(L3)的壳壁上设置有萃取剂进口(10)和萃余液出口(11)，所述主轴的上端与动力装置的动力输出轴连接，其下端穿过第一澄清段(L2)伸入萃取段(L1)内腔，安装在萃取段(L1)底部所设置的支撑座(9)上，所述萃取段(L1)至少有两个萃取室(8)，每个萃取室主要由萃取段外壳(6)和安装在所述外壳内壁的两环形水平隔板(5)围成，各萃取室内均设置有一个轮盘(7)，所述轮盘安装在主轴(2)上，其特征在于所述轮盘(7)由套管(7-1)、筋板(7-2)、径板(7-4)、第一网板(7-5)、第二网板(7-6)、上翼板(7-3)、下翼板(7-7)构成；
所述筋板(7-2)固定在套管(7-1)上，其中心线与套管的中心线重合，所述径板(7-4)至少为三块，各径板(7-4)相距等角度安装在套管上，所述第二网板(7-6)为圆筒形，环绕各径板(7-4)的外端安装并与各径板(7-4)固连，其高度与径板的高度相同，其中心线与套管的中心线重合，所述第一网板(7-5)位于套管(7-1)与第二网板(7-6)之间且环绕套管安装形成与套管同中心线的圆筒并与各径板(7-4)固连，其高度与第二网板(7-6)的高度相同，所述上翼板(7-3)、下翼板(7-7)为环形板，分别安装在第二网板(7-6)的上端和下端。
2.根据权利要求1所述轮盘式液-液萃取塔，其特征在于还包括多孔挡板(4)，所述多孔挡板的数量与环形水平隔板(5)的数量相同，其外径小于环形水平隔板的内径，各环形水平隔板的内孔中均安放一个多孔挡板，各多孔挡板分别固定在主轴上。
3.根据权利要求2所述轮盘式液-液萃取塔，其特征在于所述多孔挡板(4)的开孔率为5％～10％，多孔挡板上的孔均匀分布，孔径为3mm～5mm。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述轮盘式液-液萃取塔，其特征在于所述第一网板(7-5)和第二网板(7-6)的开孔率均为10％～25％，第一网板和第二网板上的孔均匀分布，且各孔孔径相同。
5.根据权利要求4所述轮盘式液-液萃取塔，其特征在于所述第一网板(7-5)和第二网板(7-6)上网孔的孔径为2mm～4mm，相邻两列孔中邻近的三个孔按等边三角形排列。
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