CN102974128B

CN102974128B - 一种离心式搅拌萃取塔

Info

Publication number: CN102974128B
Application number: CN201210496522.6A
Authority: CN
Inventors: 刘云; 董元华; 乔洪涛; 杨宇
Original assignee: Institute of Soil Science of CAS
Current assignee: Institute of Soil Science of CAS
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: CN102974128A

Abstract

一种离心式搅拌萃取塔，包括传动装置和塔身，塔身自上而下依次设有上澄清罐、塔体和下澄清罐，上澄清罐和下澄清罐与塔体的连接处分别设有液体分布器，塔身内贯穿设有转轴，传动装置与转轴连接，转轴上设有叶轮组，每个叶轮均设有上盖板和桨叶，桨叶固定在上盖板上，桨叶在长度方向的形状为抛物线形；塔体的内侧壁上设有固定环，上澄清罐的上部设有轻相流出接口，下部设有重相进入接口，下澄清罐的上部设有轻相进入接口，下部设有重相流出接口；上澄清罐和下澄清罐内分别设有界面控制装置。这套系统可以实现工业难处理高COD废水的萃取和反萃取，萃取和反萃取效率高，能够将污染物从废水中分离出来，且回收有用物质。

Description

一种离心式搅拌萃取塔

技术领域

本发明属于废水处理技术领域和化工分离设备领域技术领域，具体涉及一种高效去除废水中COD的萃取及反萃取装置。

背景技术

搅拌萃取塔是一种装有多孔板的机械搅拌型萃取设备。Kühni塔是典型的搅拌式萃取塔。该塔于20世纪60年代由瑞士Kühni公司提出，主要用于化工的分离提纯，该塔的设计方法目前还没有公开过。虽然该塔在欧洲得到广泛应用，但在国内应用很少。现有技术广为使用的搅拌萃取塔的结构包括塔体、转轴、旋转器、动力机构、上沉降罐、下沉降罐和隔盘。影响搅拌萃取塔传质的主要因素是分散相存留分数和轴向返混。具体造成返混的因素、来源、影响程度以及影响区域研究的还不很充分。为了提高萃取塔的传质效率、抑制级间返混，不少科技工作者对现有的萃取塔结构进行改进。中国发明专利CN1089015C公开的一种装有级间转动挡板的转盘萃取塔，该萃取塔包括塔体、固定环、转轴、转盘和转动挡板。将转动挡板置于两转盘之间，并固定在转轴上，与固定环处于同一平面，转动挡板的直径与转盘的直径之比为1-0.8：1，转动挡板上的开孔率为40%-60%。该发明增加筛孔挡板后能有效抑制级间的轴向返混，有利于转盘塔内两相间的传质。发明专利CN101693150A公开了一种转盘萃取塔，包括塔体、固定环、转轴、转盘、旋转器、动力机构、隔盘、上沉降罐、下沉降罐。该专利对旋转器进行改进，旋转器包括桨叶座和第一、第二桨叶，桨叶座固定在所述的转轴上，第一、第二桨叶呈一隔一分布，第一桨叶上的第一倾角与第二桨叶上的第二倾角的朝向彼此相反。该发明可以有效的抑制级间返混、增强传质效率。实用新型专利CN200960415Y公开了机械搅拌类萃取塔，在萃取段中的相互连接的设有搅拌装置，搅拌轴之间设有联轴器，联轴器包括柱形主体，柱形主体内，上部为方孔，下部为圆孔，下部开有锥形孔，搅拌轴的下端为与柱形主体内上部的方孔相配合的圆形，搅拌轴的下端为与柱形主体内上部的方孔相配合的方形，搅拌轴上端插在柱形主体内下部的圆孔中，锥形孔中设有锥形销钉，搅拌轴下端插在柱形主体内上部的方孔中。该实用新型安装定位方便，安装强度小，维修方便。实用新型专利CN201664526U公开了一种离心搅拌式萃取塔，其筒体包括上筒体、主筒体和下筒体，上筒体设有轻相物料出口和重相物料进口，筒体内设有传动轴，传动轴由设置在塔体顶部的电机减速机构带动旋转，主筒体内壁上固定有静环，传动轴处于主筒体的部位上设有动环。塔体固定在裙座上，裙座内固定有轴承箱，轴承箱的顶部设有轴孔，轴承箱内设有轴承，传动轴下部通过轴承箱孔插入轴承中，传动轴上处于机械密封件上方设有吸附件，上筒体和下筒体内各设水平栅格板。该实用新型的传动轴两端支撑，底部由轴承组承重，轴承组能较好的承受径向与轴向的力，运行较为稳定。实用新型专利CN202191725U公开了一种萃取塔界面控制装置，包括萃取塔，萃取塔上设置有差压变送器和电磁阀，差压变送器控制所述电磁阀的开启。该实用新型通过差压变送器与电磁阀的开关，实现自动化控制，使萃取剂不随粗酯进下一工段，能够避免其他界位计的问题，更好的控制萃取塔的萃取剂量，从而稳定工艺的效果。

综上所述，尽管搅拌萃取塔具有结构简单、操作方便、传质效率较为理想和能源消耗小等长处，但是仍然存在级间返混而影响传质效率的最大化的发挥，这也是业界关注的并且急切需要解决的技术问题。另外，界面控制在萃取塔设计中起关键的作用，界面的波动将导致塔中流体流型的不稳定，从而影响两相传质。由于电磁阀或电动阀是全开全闭设计，当电磁阀或电动阀全开时，塔内连续相瞬间高速排放，会导致塔内流体力学的失衡，可能引起假液泛。

发明内容

技术问题：本发明针对上述问题，提供一种能够理想地抑制级间返混、增进级间混合效果的搅拌萃取塔。

技术方案：一种离心式搅拌萃取塔，包括传动装置和塔身，塔身自上而下依次设有上澄清罐、塔体和下澄清罐，上澄清罐和下澄清罐分别设有视镜，上澄清罐和下澄清罐与塔体的连接处分别设有液体分布器，塔身内贯穿设有转轴，传动装置与转轴连接，转轴上设有叶轮组，所述叶轮组由半开式叶轮组成，每个叶轮均设有上盖板和3-7片桨叶，桨叶固定在上盖板上，并垂直于上盖板，桨叶在长度方向的形状为抛物线形，其中以转轴轴心为原点，以上盖板为平面坐标系，桨叶型线方程满足y=a₁x+a₂x²，0.01≤a₁≤0.5，0.01≤a₂≤1，0≤x≤1200mm,桨叶宽为5mm-100mm；塔体的内侧壁上设有固定环，上澄清罐的上部设有轻相流出接口，下部设有重相进入接口，下澄清罐的上部设有轻相进入接口，下部设有重相流出接口；上澄清罐和下澄清罐内分别设有界面控制装置，以保证澄清罐内油水界面稳定。

所述的传动装置包括电机和减速机，电机与减速机连接，减速机携电机固定于塔身的顶部，并且减速机的输出轴与转轴连接。

所述上盖板开孔，开孔率为10-60%。

所述固定环的间距h与塔内径D的关系为h=0.225D^0.6，固定环上设有通孔，开孔率为30%-70%，孔径的大小为5mm-50mm。

所述重相流出接口设有电动阀、电磁阀和截止阀。

所述的界面控制装置包括信号采集装置和液位变送器，所述信号采集装置为电容式物位计或电导率电极，信号采集装置将采集到的水位信号反馈到液位变送器，由液位变送器控制电动阀、电磁阀与截止阀的闭合，从而保证澄清罐内油水界面稳定。

有益效果：

本发明在应用于高COD废水处理，对高COD废水进行萃取，或者对萃取后的有机溶剂进行反萃取，同时通过界面控制系统，自动控制萃取剂量或废水计量，从而稳定工艺。其搅拌桨叶为抛物线形，与传统的平面转盘相比，尤其适用于对废水中有机物的去除，COD的去除率大于90%以上，且经过反萃取后，反萃取效率达到99%以上。

附图说明

图1为本发明离心式搅拌萃取塔的结构示意图，图中塔体（1），传动装置（2），转轴（3），叶轮组（4），固定环（5），上澄清罐（6），下澄清罐（7），上视镜（8a），下视镜（8b），重相进入接口（9），轻相进入接口（10），重相流出接口（11），轻相流出接口（12），桨叶（13），上盖板（14），上液体分布器（15a），下液体分布器（15b），电机（16），减速机（17），输出轴（18），信号采集装置（19），电动阀（21），电磁阀（22），截止阀（23）；

图2为本发明叶轮的俯视结构示意图，图中桨叶（13），上盖板（14）；

图3为界面控制示意图；首先设定上下澄清罐内的油水界面高度值，设备运行过程中信号采集装置测定罐体内的油水界面高度值，比较器对设定值和测量值进行比较后，控制调节阀（电动阀、电磁阀、截止阀）对废水和反萃取剂进行排放，以使罐体中的油水界面高度稳定。

具体实施方式

下面用具体的实施例来进一步说明本发明，但本发明不受其限制。本发明的原料、设备和试剂除另有说明外皆市售可得，或根据本领域常规方法制备可得。除非另有定义或者说明，本文中所使用所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。

实施例1：

塔体1可以有多个单元组成，总高度约为2-45m，塔体1的直径约为100mm-2400mm，多个塔体1单元在高度方向以积木式的原理联结，由于不论塔体1的单元数量多寡，但每个单元的塔体1的结构都是相同的，因此以下描述仅针对一个塔体1而言。上澄清罐6配置在塔体1上，下澄清罐7配置在塔体1下，上澄清罐6和下澄清罐7均以法兰式与塔体1配接，上澄清罐6和下澄清罐7分别设有上视镜8a和下视镜8b，上澄清罐6和下澄清罐7与塔体1的连接处分别设有上液体分布器15a，下液体分布器15b。传动装置2固定在上澄清罐的顶部，传动装置2由电机16和减速机17配合链接，且由减速机17携电机16固定于上澄清罐6的顶部的中央部位。减速机17的输出轴18与转轴3联结，其联结方式为螺纹联结或联轴节联结。在塔体的高度方向的内壁上以间隔方式固定一组固定环5，其间距h（m）与塔内径D（m）的关系为h=0.225D^0.6。固定环5固定在塔壁上，固定环5的开孔率为30%-70%，其孔径的大小为5mm-50mm。萃取塔的叶轮组4由半开式叶轮组成，每个叶轮包括3-7片桨叶13和上盖板14，桨叶固定在上盖板14上，桨叶13垂直于上盖板14，上盖板14开孔，开孔率为10-60%，桨叶13的长度方向形状为抛物线形，桨叶13的宽度为5mm-100mm。桨叶的型线为抛物线型，其型线方程为y=a₁x+a₂x²，0.01≤a₁≤0.5，0.01≤a₂≤1，0≤x≤1200mm，其中以转轴轴心为桨叶原点，以盖板为平面坐标系。桨叶13可以通过焊接固定在上盖板14上，也可以用直角螺钉固定。上盖板14固定在转轴3上，上盖板可以通过焊接固定在转轴3上，也可以通过螺丝固定在转轴3上。界面控制在萃取塔设计中起关键的作用。界面控制装置位于上澄清罐6或下澄清罐7内的中部，界面控制装置包括信号采集装置和液位变送器，所述信号采集装置19为电容式物位计或电导率电极，信号采集装置将采集到的水位信号反馈到液位变送器，当澄清罐的水位过低时，液位变送器关闭电动阀21或电磁阀22与截止阀23，当水位过高时，液位变送器打开电动阀21或电磁阀22与截止阀23，外排部分水量，保证澄清罐油水界面稳定。

实施例2：

取江苏某活性染料废水1，废水中COD为2.24×10⁴ mg/L，主体结构与实施例1相同，其中，采用塔体直径为313mm，塔体高为2800mm，固定环为21个，叶轮为20个，桨叶的型线为抛物线型，每个叶轮有3片桨叶，其型线方程为y=0.05x+0.05x²，5≤x≤150mm，转轴2的转速为50r/min时，有机溶剂与废水的流量比为1:1时，出水COD的去除率为90%。当转轴上的桨叶为一平板时，转轴2的转速为50r/min时，有机溶剂与废水的流量，出水COD的去除率为80%。用上述萃取塔对萃取后溶剂进行反萃取，转轴2的转速为50r/min时，溶剂的反萃取率达到99%以上。

实施例3：

取江苏某活性染料废水2，废水中COD为4.07×10⁴ mg/L，主体结构与实施例2相同，其中，每个叶轮有5片桨叶，转轴2的转速为100 r/min时，有机溶剂与废水的流量比为1.5:1时，出水COD的去除率为90%以上。用上述萃取塔对萃取后溶剂进行反萃取，转轴2的转速为70 r/min时，溶剂的反萃取率达到99%以上。

实施例4：

取江苏某H酸废水，废水中COD为10.07×10⁴ mg/L，主体结构与实施例2相同，其中，每个叶轮有6片桨叶，转轴2的转速为100 r/min时，有机溶剂与废水的流量比为4:1时，出水COD的去除率为90%以上。用上述萃取塔对萃取后溶剂进行反萃取，转轴2的转速为70 r/min时，溶剂的反萃取率达到99%以上。

实施例5：

取江苏某双酚s废水，废水中COD为2.03×10⁴ mg/L，主体结构与实施例2相同，其中，每个叶轮有6片桨叶，转轴2的转速为100 r/min时，有机溶剂与废水的流量比为1:1时，出水COD的去除率为90%以上。用上述萃取塔对萃取后溶剂进行反萃取，转轴2的转速为70 r/min时，溶剂的反萃取率达到99%以上。

实施例6：

一种离心式搅拌萃取塔，包括传动装置2和塔身，塔身自上而下依次设有上澄清罐6、塔体1和下澄清罐7，上澄清罐6和下澄清罐7分别设有上视镜8a、下视镜8b，上澄清罐6和下澄清罐7与塔体1的连接处分别设有上液体分布器15a以及下液体分布器15b，塔身内贯穿设有转轴3，传动装置2与转轴连接，转轴上设有叶轮组4，所述叶轮组由半开式叶轮组成，每个叶轮均设有上盖板14和3-7片桨叶13，桨叶固定在上盖板14上，并垂直于上盖板，桨叶在长度方向的形状为抛物线形，其中以转轴轴心为原点，以上盖板为平面坐标系，桨叶型线方程满足y=a₁x+a₂x²，0.01≤a₁≤0.5，0.01≤a₂≤1，0≤x≤1200mm，桨叶宽为5mm-100mm；塔体的内侧壁上设有固定环5，上澄清罐6的上部设有轻相流出接口12，下部设有重相进入接口9，下澄清罐7的上部设有轻相进入接口10，下部设有重相流出接口11；上澄清罐6和下澄清罐7内分别设有界面控制装置，以保证澄清罐内油水界面稳定。

所述的传动装置2包括电机16和减速机17，电机16与减速机17连接，减速机17携电机16固定于塔身的顶部，并且减速机17的输出轴18与转轴3连接。

所述上盖板开孔，开孔率为10-60%。

所述固定环上设有通孔，开孔率为30%-70%，孔径的大小为5mm-50mm。

所述重相流出接口11设有电动阀21、电磁阀22和截止阀23。

所述的界面控制装置包括信号采集装置19和液位变送器，所述信号采集装置为电容式物位计或电导率电极，信号采集装置将采集到的水位信号反馈到液位变送器，由液位变送器控制电动阀21、电磁阀22与截止阀23的闭合，从而保证澄清罐内油水界面稳定。

Claims

1.一种离心式搅拌萃取塔，包括传动装置（2）和塔身，其特征在于塔身自上而下依次设有上澄清罐（6）、塔体（1）和下澄清罐（7），上澄清罐（6）和下澄清罐（7）分别设有视镜，上澄清罐（6）和下澄清罐（7）与塔体（1）的连接处分别设有液体分布器，塔身内贯穿设有转轴（3），传动装置（2）与转轴连接，转轴上设有叶轮组（4），所述叶轮组由半开式叶轮组成，每个叶轮均设有上盖板（14）和3-7片桨叶（13），桨叶固定在上盖板（14）上，并垂直于上盖板，桨叶在长度方向的形状为抛物线形，其中以转轴轴心为桨叶原点，以上盖板为平面坐标系，桨叶型线方程满足y=a₁x+a₂x²，0.01≤a₁≤0.5，0.01≤a₂≤1，0≤x≤1200mm，桨叶宽为5mm-100mm；塔体的内侧壁上设有固定环（5），上澄清罐（6）的上部设有轻相流出接口（12），下部设有重相进入接口（9），下澄清罐（7）的上部设有轻相进入接口（10），下部设有重相流出接口（11）；上澄清罐（6）和下澄清罐（7）内分别设有界面控制装置，以保证澄清罐内油水界面稳定。

2.根据权利要求1所述的一种离心式搅拌萃取塔，其特征在于所述的传动装置（2）包括电机（16）和减速机（17），电机（16）与减速机（17）连接，减速机（17）携电机（16）固定于塔身的顶部，并且减速机（17）的输出轴（18）与转轴（3）连接。

3.根据权利要求1所述的一种离心式搅拌萃取塔，其特征在于所述上盖板开孔，开孔率为10-60%。

4.根据权利要求1所述的一种离心式搅拌萃取塔，其特征在于所述固定环的间距h与塔内径D的关系为h=0.225D^0.6，固定环上设有通孔，开孔率为30%-70%，孔径的大小为5mm-50mm。

5.根据权利要求1所述的一种离心式搅拌萃取塔，其特征在于所述重相流出接口（11）设有电动阀（21）、电磁阀（22）和截止阀（23）。

6.根据权利要求5所述的一种离心式搅拌萃取塔，其特征在于所述的界面控制装置包括信号采集装置（19）和液位变送器，所述信号采集装置为电容式物位计或电导率电极，信号采集装置将采集到的水位信号反馈到液位变送器，由液位变送器控制电动阀（21）、电磁阀（22）与截止阀（23）的闭合，从而保证澄清罐内油水界面稳定。