CN104815458A - 一种隔板交替式萃取塔和萃取的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隔板交替式萃取塔和萃取的方法，该萃取塔用一竖直分隔板将圆形萃取塔从中间平分为两部分，在分隔板的两侧等间距交替布置半圆形塔板。连续相物料在一侧半圆形塔板间流动，与穿过塔板的分散相物料进行质量交换后沿边缘的降液管（或升液管）流向隔板另一侧的两块塔板间，分散相物料在塔板下（或上）聚集后则穿过塔板流向同侧的下一级塔板间。如此布置的塔板结构使连续相在分隔板的两侧逐级交互流动，而分散相仅在分隔板的同侧逐级流动。该种塔板的布置方法使在隔板的同一侧连续相物料在相邻两块塔板上（或下）形成同向流动，可提高单块塔板的平均传质推动力。尤其适用于两相流比较大，以较小流量为连续相的液液萃取过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种萃取塔和萃取的方法，尤其为化工生产中多级逆流的萃取过程提供一种隔板交替式萃取塔和萃取的方法。
背景技术
化工生产中常用筛板塔完成液液连续逆流萃取过程，其在减小连续相轴向返混和节约成本等方面比填料塔更有优势，尤其对于两相界面张力变化较大的系统可方便地通过改变塔板结构使萃取过程更合理地进行。
由于萃取塔内空间较大，连续相流体在塔板间的流速较低，使其停留时间分布十分不均，导致了萃取塔的塔板效率普遍不高。尤其对于以较小流量作为连续相的萃取过程塔板不同位置的传质推动力相差更显著，大大降低了塔板的整体分离能力。随着塔径的增大，塔板上的流速分布不均现象越发严重。
针对以汽液传质为特征的化工分离过程，美国专利US4582569、US5223183和US8235362相继提出了相邻塔板上液体同向流的分离方法和塔板结构，但长期以来该种分离方法主要应用于精馏分离以提高板效，并未见该种方法在连续萃取过程方面的应用报道。
对于萃取新设备的研究，国内近些年出现了复合筛板萃取塔结构，如在塔板间增加聚集板的萃取塔结构（CN201120556539.7）以及在塔板间增加网架填料的萃取塔结构（CN201320842434.7）等，鲜有针对流向方面改进的新型板式塔结构报道。
工业上有许多萃取过程，液液两相流比相差较大，连续相和分散相流体浓度变化范围也较宽，其在塔内不同位置两相界面张力也有较大幅度的变化，传统的填料塔和筛板塔都有一定的缺陷。针对这一问题，本发明提出采用隔板交替同向流板式塔进行液液萃取分离，通过选择流量较小的物料为连续相，流量较大的物料为分散相，使连续相在塔板上流程和流速增加，减小停留时间分布不均现象。依靠相邻两个传质单元的连续相同向流效应，提高塔板的整体传质推动力。通过改变不同位置塔板的孔径大小和板间距，可方便地适用于界面张力有较大变化幅度的系统。特别对于工业上两相处理能力很大的萃取系统，隔板交替同向流萃取的方法和塔板结构更具有整体优势和有益作用。
发明内容
本发明的目的在于针对液液两相流比相差较大、连续相和分散相流体浓度变化范围也较宽的系统，提供一种隔板交替式萃取塔和萃取的方法，该萃取塔和萃取方法能够提高塔板传质推动力、减小塔板上连续相流速分布不均，实现较高的萃取效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种隔板交替式萃取塔，包括两个相对放置的弓形升液管，在两个弓形升液管的中轴线上焊接竖直的中间隔板，中间隔板将圆形萃取塔内空间平分为两个传质区，中间隔板的两侧等间距交替布置半圆形塔板，一侧的塔板刚好位于另一侧两块塔板的中间，塔板为筛板或突孔板，同侧两块相邻半圆形塔板间构成一传质单元。所述升液管由焊接在塔内的竖直板、若干水平隔板及圆弧形塔壁构成；同侧的两块相邻塔板间的升液管为一封闭通道，封闭通道的竖直板的对角方向上开有矩形的流体入口和流体出口，矩形开口上等间距焊接若干片倾斜或水平的舌板，形成百叶窗结构；单个封闭通道的流体入口和流体出口分别与中间隔板两侧的两个传质单元相通，再通过对侧升液管封闭通道的流体入口和流体出口与下一级传质单元相通，形成交替结构。
一种应用上述萃取塔进行萃取的方法，包括以下步骤：
（1）以轻相为连续相、重相为分散相时，连续相流体从塔底右边的轻相入口流入升液管，从流体出口进入中间隔板背侧的第一个传质单元，沿半圆形路径水平流动流进左边的升液管，再从其流体出口进入中间隔板前侧的第一个传质单元，再沿半圆形路径水平流动流进右边的升液管，再从流体出口进入中间隔板背侧第二个传质单元，如此交替在中间隔板两侧逐级流动，最后从塔顶的轻相出口排出；分散相流体从塔顶的重相入口流入，通过液体分布器平均分为两部分分别从中间隔板的两侧流入，穿过塔板筛孔在中间隔板同侧分散、聚集逐级向下流动，最后在塔的底部重新汇合凝聚后从重相出口排出；
（2）以重相为连续相、轻相为分散相时，萃取塔倒置即可，此时升液管变为降液管，连续相从塔顶一侧降液管进入，交替在中间隔板两侧逐级向下流动，分散相从塔底进入，通过液体分布器平均分为两部分分别从中间隔板的两侧流入，在同侧塔板间分散、聚集逐级向上流动。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明萃取塔结构简单，与传统板式塔相比仅增加竖直隔板并将塔板一分为二交错排列，整体造价只比传统板式塔略高。
（2）本发明升液管的流体入口和出口均焊有多片倾斜或水平舌板，有利于对连续相流体进行均匀分布，减小停留时间和速度分布不均现象。
（3）本发明通过将塔板交错排列实现隔板同侧塔板的同向流流动，与传统板式塔相邻塔板的逆向流相比有利于提高塔板的整体传质推动力。
（4）本发明提出将塔体一分为二的策略，有利于增加连续相流体的流程和平均流速，更适用于两相流比差别较大和连续相、分散相流体浓度变化范围较宽系统的萃取分离。
附图说明
图1为萃取塔内部结构平视图；
图2为萃取塔内部结构立体图；
图3为升液管单个封闭通道立体图；
图4为矩形流体入口或出口舌板布置图；
图5为萃取塔内部物流图；
图中，升液管1、中间隔板2、半圆形塔板3、竖直板4、水平隔板5、塔壁6、流体入口7、流体出口8、舌板9、轻相入口10、轻相出口11、重相入口12、重相出口13。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-5所示，本发明一种隔板交替式萃取塔，包括两个相对放置的弓形升液管1，在两个弓形升液管1的中轴线上焊接竖直的中间隔板2，中间隔板2将圆形萃取塔内空间平分为两个传质区。
中间隔板2的两侧等间距交替布置半圆形塔板3，一侧的塔板3刚好位于另一侧两块塔板3的中间，塔板3为筛板或突孔板，同侧两块相邻半圆形塔板3间构成一传质单元；通过将塔板3交错排列可实现隔板2同侧相邻塔板3间的连续相同向流流动，与传统板式塔相邻塔板的逆向流相比有利于提高塔板3的整体传质推动力；与传统板式塔相比仅增加竖直的中间隔板并将塔板一分为二交错排列，整体造价只比传统板式塔略高，但有利于增加连续相流体的流程和平均流速。
所述升液管1由焊接在塔内的竖直板4、若干水平隔板5及圆弧形塔壁6构成；同侧的两块相邻塔板3间的升液管为一封闭通道，封闭通道的竖直板4的对角方向上开有矩形的流体入口7和流体出口8，矩形开口上等间距焊接若干片倾斜或水平的舌板9，形成百叶窗结构，有利于对连续相流体进行均匀分布，减小停留时间和速度分布不均现象。
单个封闭通道的流体入口7和流体出口8分别与中间隔板2两侧的两个传质单元相通，再通过对侧升液管1封闭通道的流体入口7和流体出口8与下一级传质单元相通，形成交替结构。
一种应用上述萃取塔进行萃取的方法，包括以下步骤：
（1）以轻相为连续相、重相为分散相时，连续相流体从塔底右边的轻相入口10流入升液管1，从流体出口8进入中间隔板2背侧的第一个传质单元，沿半圆形路径水平流动流进左边的升液管1，再从其流体出口8进入中间隔板2前侧的第一个传质单元，再沿半圆形路径水平流动流进右边的升液管1，再从流体出口8进入中间隔板2背侧第二个传质单元，如此交替在中间隔板2两侧逐级流动，最后从塔顶的轻相出口11排出；分散相流体从塔顶的重相入口12流入，通过液体分布器平均分为两部分分别从中间隔板2的两侧流入，穿过塔板3筛孔在中间隔板2同侧分散、聚集逐级向下流动，最后在塔的底部重新汇合凝聚后从重相出口13排出；
（2）以重相为连续相、轻相为分散相时，萃取塔倒置即可，此时升液管1变为降液管，连续相从塔顶一侧降液管进入，交替在中间隔板2两侧逐级向下流动，分散相从塔底进入，通过液体分布器平均分为两部分分别从中间隔板2的两侧流入，在同侧塔板间分散、聚集逐级向上流动。
Claims (2)
1.一种隔板交替式萃取塔，其特征在于，包括两个相对放置的弓形升液管（1），在两个弓形升液管（1）的中轴线上焊接竖直的中间隔板（2），中间隔板（2）将圆形萃取塔内空间平分为两个传质区，中间隔板（2）的两侧等间距交替布置半圆形塔板（3），一侧的塔板（3）刚好位于另一侧两块塔板（3）的中间，塔板（3）为筛板或突孔板，同侧两块相邻半圆形塔板（3）间构成一传质单元；所述升液管（1）由焊接在塔内的竖直板（4）、若干水平隔板（5）及圆弧形塔壁（6）构成；同侧的两块相邻塔板（3）间的升液管为一封闭通道，封闭通道的竖直板（4）的对角方向上开有矩形的流体入口（7）和流体出口（8），矩形开口上等间距焊接若干片倾斜或水平的舌板（9），形成百叶窗结构；单个封闭通道的流体入口（7）和流体出口（8）分别与中间隔板（2）两侧的两个传质单元相通，再通过对侧升液管（1）封闭通道的流体入口（7）和流体出口（8）与下一级传质单元相通，形成交替结构。
2.一种应用权利要求1所述萃取塔进行萃取的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）以轻相为连续相、重相为分散相时，连续相流体从塔底右边的轻相入口（10）流入升液管（1），从流体出口（8）进入中间隔板（2）背侧的第一个传质单元，沿半圆形路径水平流动流进左边的升液管（1），再从其流体出口（8）进入中间隔板（2）前侧的第一个传质单元，再沿半圆形路径水平流动流进右边的升液管（1），再从流体出口（8）进入中间隔板（2）背侧第二个传质单元，如此交替在中间隔板（2）两侧逐级流动，最后从塔顶的轻相出口（11）排出；分散相流体从塔顶的重相入口（12）流入，通过液体分布器平均分为两部分分别从中间隔板（2）的两侧流入，穿过塔板（3）筛孔在中间隔板（2）同侧分散、聚集逐级向下流动，最后在塔的底部重新汇合凝聚后从重相出口（13）排出；
（2）以重相为连续相、轻相为分散相时，萃取塔倒置即可，此时升液管（1）变为降液管，连续相从塔顶一侧降液管进入，交替在中间隔板（2）两侧逐级向下流动，分散相从塔底进入，通过液体分布器平均分为两部分分别从中间隔板（2）的两侧流入，在同侧塔板间分散、聚集逐级向上流动。
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