CN105903228A - 一种隔壁双层板式环流萃取塔和萃取的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔壁双层板式环流萃取塔和萃取的方法，该萃取塔的塔板由分布板和穿流板组成，通过中心分隔板隔开。中心分隔板将萃取塔分为前后两个传质区，每个传质区内的分布板和穿流板从上向下交替排列，同区相邻两块分布板间构成一传质单元。同一塔板的分布板和穿流板依靠弓形连通管连通。连续相流体依靠连通管交替在两个传质区的各个传质单元内逐级环流流动，分散相流体平分为两部分分别在两个传质区内与连续相流体逐级错流接触传质。连续相流体依靠相邻传质单元的同向流效应，分散相流体依靠分布板的聚集、分散和穿流板的界面更新作用，使液液萃取达到较高的传质速率和分离效率，有益于两相流率相差较大，以较小流量为连续相的萃取过程。

Description

一种隔壁双层板式环流萃取塔和萃取的方法

技术领域

本发明涉及一种萃取塔结构和萃取的方法，尤其为化工生产中多级逆流的萃取过程提供一种隔壁双层板式环流萃取塔和萃取的方法。

背景技术

在化工分离领域，筛板塔经常被选择用于液液连续逆流萃取过程。筛板塔除可以减小连续相轴向返混效应外，设计时还可通过调整板间距和开孔率的大小适用于密度和流比变化较大的液液萃取系统，因而在一些特定的萃取过程中，筛板塔比填料塔更有优越性。

常规的筛板萃取塔塔板效率一般均不高，一是塔板上的连续相流动的停留时间分布十分不均，造成径向返混严重导致总体传质推动力下降；二是分散相聚集为较大液滴时造成相界面积大幅减少，致使传质速率降低。尤其对于以较小流量作为连续相的萃取过程，随着塔径的增大，塔板上的流速分布不均现象越发严重，不同位置的相界面积也相差较多，塔板的整体分离能力大大降低。

近些年出现了一些新型的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，这些新结构主要从分散相再分配方面对筛板塔进行改进。对于针对连续相流动方式的改进，我们前期工作曾提出一种隔板交替式萃取塔结构(CN201510170247.2)，由于对降液管结构进行了专门设计，大大减小了连续相的非理想流动现象，提高了萃取效率。

为了同时改善连续相和分散相的流动问题，本发明提出一种采用隔壁双层板式环流萃取塔结构进行液液萃取的方法。在前期工作的基础上进一步对降液管进行简化设计，以结构简单的弓形连通管代替降液管，同时在原有塔板间增加一层穿流板。这种改进一方面使降液管所占空间显著减小，有利于增加两相在塔板间的传质与分离空间；另一方面还使分散相流体在聚集前再通过穿流板的切割作用更新分散相的传质表面，延缓相界面的快速降低。对于两相流率相差较大的萃取过程，通过选择流量较小的一相为连续相，流量较大的一相为分散相，使两相的相对流动现象更趋合理，有利于提高塔板的整体传质推动力和塔板效率。此外，通过改变不同位置塔板的孔径大小、开孔率和塔板间距，可同时适用于两相密度和界面张力均也有较大变化的液液萃取系统。

发明内容

本发明提供一种隔壁双层板式环流萃取塔和萃取的方法，目的在于优化萃取操作过程中连续相和分散相流体的流动和接触方式。连续相流体依靠分隔板和连通管的作用使其在萃取塔内按螺旋环流方式流动，减小流速分布不均和径向返混现象以提高平均传质推动力。分散相流体通过分布板的聚集、分散和穿流板的界面更新作用，使萃取过程维持较高的相界面积，达到理想的传质速率和萃取效率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种隔壁双层板式环流萃取塔，该萃取塔由圆柱形塔壁、若干水平等间距的塔板和中心分隔板组成；所述中心分隔板从上向下贯穿于整个塔内，将萃取塔分为前后两个传质区，所述塔板由分布板和穿流板组成，分布板和穿流板依靠中心分隔板隔开；在中心分隔板的同一侧，从上向下分布板和穿流板交替排列，同区相邻两块分布板间构成一个传质单元；同一块塔板的分布板和穿流板依靠弓形连通管相连通，弓形连通管由圆柱形塔壁和垂直于中心分隔板的前后两条竖直密封板围成；所述连通管焊接在上下两块塔板间，上端与塔板齐平并相通，下端靠下一级塔板密封，依靠中心分隔板分为前后两个对称的竖直通道；所述连通管内部的下方在中心分隔板上开有矩形孔，使连通管前后相通；奇数塔板的连通管和偶数塔板的连通管分别位于塔板的左右两端。

进一步地，所述分布板为圆孔筛板或锥形孔板。

进一步地，所述穿流板为冲孔网板，网孔为矩形、菱形或正六边形。

一种应用上述萃取塔进行萃取的方法，包括以下两种情况：

1)以重相为连续相、轻相为分散相时，连续相流体从萃取塔顶进入第一块塔板的分布板上方，横向流经分布板，依靠连通管流向中心分隔板另一侧的穿流板上方，纵向流过穿流板再横向流经下方分布板流至另一端的连通管，返回到初始侧的第二块塔板的穿流板上，再纵向流过穿流板到达第三块塔板的分布板的上方。如此布置的萃取塔结构使连续相在中心分隔板的两侧逐级交替向下环流流动，直至进入塔底。分散相流体从塔底平分为两部分分别在中心分隔板的两侧同时向上流动，在分布板下方聚集，通过分布板分散和穿流板界面更新逐级向上流动直至进入塔顶。

2)以轻相为连续相、重相为分散相时，萃取塔倒置即可。连续相流体则逐级交替向上环流流动，分散相则从塔顶平分为两部分分别在中心分隔板的两侧同时向下流动，在分布板上方聚集，通过分布板分散和穿流板界面更新逐级向下流动直至进入塔底。

本发明的有益效果在于：

(1)与传统板式萃取塔相比，本发明增加了穿流板，整体造价虽稍高，但有利于在传质单元内再更新分散相表面，提高传质的相界面积。

(2)本发明通过设置中心分隔板和弓形连通管使连续相流体的流动接近于螺旋式环流流动，有利于减小连续相流动速度分布不均和返混现象，同时使塔板间的传质与分离空间增加。

(3)本发明在中心分隔板同一侧的相邻两传质单元内，连续相流体保持同向流动，有利于提高萃取塔板的整体萃取效率。

(4)本发明采用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，特别适用于两相流率相差较大的液液萃取过程。

附图说明

图1为萃取塔内部结构平视图；

图2为塔板与连通管连接立体图；

图3为连通管结构立体图；

图4为塔板平面图；

图中，圆柱形塔壁1、塔板2、中心分隔板3、分布板4、穿流板5、弓形连通管6、竖直密封板7、竖直通道8、矩形孔9。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本发明作进一步详细说明。

如图1-4所示，本发明一种隔壁双层板式环流萃取塔，该萃取塔由圆柱形塔壁1、若干水平等间距的塔板2和中心分隔板3组成；所述中心分隔板3从上向下贯穿于整个塔内，将萃取塔分为前后两个传质区，所述塔板2由分布板4和穿流板5组成，分布板4和穿流板5依靠中心分隔板3隔开；在中心分隔板3的同一侧，从上向下分布板4和穿流板5交替排列，同区相邻两块分布板4间构成一个传质单元。由于靠中心分隔板3将萃取塔分为前后两个传质区，连续相流体流动时减小了流通截面、增加了流程总长，有利于减小连续相流体径向上的不均匀流动和返混现象。其次，由于在单个传质单元内增设了穿流板5，可使分散相流体再次更新传质表面，提高传质的相界面积。

所述分布板4为开孔率5～20％的圆孔筛板或锥形孔板，穿流板5为开孔率50～90％的冲孔网板，网孔为矩形、菱形或正六边形。分布板4的作用是只允许分散相穿过，将聚集后的分散相进行再分散，更新并强制增加分散相的表面积。由于分布板4的阻隔作用，有利于减小连续相流体在轴向上的返混效应。穿流板5的作用是再更新两相界面，由于两相都要经过穿流板逆流流动，需要尽可能减小流动阻力，因而穿流板5的开孔率比分布板4的开孔率要大。

同一块塔板2的分布板4和穿流板5依靠弓形连通管6相连通，弓形连通管6由圆柱形塔壁1和垂直于中心分隔板3的前后两条竖直密封板7围成；所述连通管6焊接在上下两块塔板2间，上端与塔板2齐平并相通，下端靠下一级塔板2密封，依靠中心分隔板3分为前后两个对称的竖直通道8；所述连通管6内部的下方在中心分隔板3上开有矩形孔9，使连通管6前后相通；奇数塔板2的连通管6和偶数塔板2的连通管6分别位于塔板2的左右两端。连通管的作用是引导连续相流体平稳地流动，为了减小分散相的夹带，一般需要使连续相流体在内部竖直流动且保证足够的流通截面。本发明所述的连通管使连续相流体按U型路线流动，有利于确保连续相流动的稳定和均匀性，对于两相流率相差较大的液液萃取过程，当选择流率较小的流体为连续相时，与传统板式萃取塔相比，本发明更具优越性。

此外，通过中心分隔板的设计，还使连续相流体在整个萃取塔内按螺旋环流方式流动。对同一侧的相邻两个传质单元，连续相流体保持同向流动，也比传统的连续相逆向流动萃取过程的平均传质推动力要高，有利于提高萃取塔板的整体萃取效率。

一种应用上述萃取塔进行萃取的方法，包括以下两种情况：

(1)以重相为连续相、轻相为分散相时，连续相流体从萃取塔顶进入第一块塔板2的分布板4上方，横向流经分布板4，依靠连通管6流向中心分隔板3另一侧的穿流板5上方，纵向流过穿流板5再横向流经下方分布板4流至另一端的连通管6，返回到初始侧的第二块塔板2的穿流板5上，再纵向流过穿流板5到达第三块塔板2的分布板4的上方。如此布置的萃取塔结构使连续相在中心分隔板3的两侧逐级交替向下环流流动，直至进入塔底。分散相流体从塔底平分为两部分分别在中心分隔板3的两侧同时向上流动，在分布板4下方聚集，通过分布板4分散和穿流板5界面更新逐级向上流动直至进入塔顶。

(2)以轻相为连续相、重相为分散相时，萃取塔倒置即可。连续相流体则逐级交替向上环流流动，分散相则从塔顶平分为两部分分别在中心分隔板3的两侧同时向下流动，在分布板4上方聚集，通过分布板4分散和穿流板5界面更新逐级向下流动直至进入塔底。

Claims (4)

1.一种隔壁双层板式环流萃取塔，其特征在于，该萃取塔由圆柱形塔壁(1)、若干水平等间距的塔板(2)和中心分隔板(3)组成；所述中心分隔板(3)从上向下贯穿于整个塔内，将萃取塔分为前后两个传质区，所述塔板(2)由分布板(4)和穿流板(5)组成，分布板(4)和穿流板(5)依靠中心分隔板(3)隔开；在中心分隔板(3)的同一侧，从上向下分布板(4)和穿流板(5)交替排列，同区相邻两块分布板(4)间构成一个传质单元；同一块塔板(2)的分布板(4)和穿流板(5)依靠弓形连通管(6)相连通，弓形连通管(6)由圆柱形塔壁(1)和垂直于中心分隔板(3)的前后两条竖直密封板(7)围成；所述连通管(6)焊接在上下两块塔板(2)间，上端与塔板(2)齐平并相通，下端靠下一级塔板(2)密封，依靠中心分隔板(3)分为前后两个对称的竖直通道(8)；所述连通管(6)内部的下方在中心分隔板(3)上开有矩形孔(9)，使连通管(6)前后相通；奇数塔板(2)的连通管(6)和偶数塔板(2)的连通管(6)分别位于塔板(2)的左右两端。

2.根据权利要求1所述的一种隔壁双层板式环流萃取塔，其特征在于，所述分布板(4)为圆孔筛板或锥形孔板。

3.根据权利要求1所述的一种隔壁双层板式环流萃取塔，其特征在于，所述穿流板(5)为冲孔网板，网孔为矩形、菱形或正六边形。

4.一种应用权利要求1所述萃取塔进行萃取的方法，其特征在于，包括以下两种情况：

1)以重相为连续相、轻相为分散相时，连续相流体从萃取塔顶进入第一块塔板(2)的分布板(4)上方，横向流经分布板(4)，依靠连通管(6)流向中心分隔板(3)另一侧的穿流板(5)上方，纵向流过穿流板(5)再横向流经下方分布板(4)流至另一端的连通管(6)，返回到初始侧的第二块塔板(2)的穿流板(5)上，再纵向流过穿流板(5)到达第三块塔板(2)的分布板(4)的上方。如此布置的萃取塔结构使连续相在中心分隔板(3)的两侧逐级交替向下环流流动，直至进入塔底。分散相流体从塔底平分为两部分分别在中心分隔板(3)的两侧同时向上流动，在分布板(4)下方聚集，通过分布板(4)分散和穿流板(5)界面更新逐级向上流动直至进入塔顶。

2)以轻相为连续相、重相为分散相时，萃取塔倒置即可。连续相流体则逐级交替向上环流流动，分散相则从塔顶平分为两部分分别在中心分隔板(3)的两侧同时向下流动，在分布板(4)上方聚集，通过分布板(4)分散和穿流板(5)界面更新逐级向下流动直至进入塔底。