CN106669225A - 一种复合脉冲萃取塔 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种复合脉冲萃取塔，包括：包括塔体，在塔体的中心竖向设置有中心轴，在中心轴上固定有间隔分布的若干筛板，在筛板之间装填有规整填料，所述筛板上分布有若干通孔。本申请通过在筛板之间加装规整填料并安装在萃取塔内，构成复合脉冲萃取塔。通过对比使用本申请的复合脉冲萃取塔的传质系数高、且传质效率更高。此外，本申请复合脉冲萃取塔在较低的能量输入时即可获得较高的传质效率，有利于降低能量消耗和溶剂損失。因此本发明如若应用到工业生产中，能够有效降低成本。而对于萃取要求较高需要较高脉冲输入的实验或者实际生产，亦能够相对更有效的抑制轴向返混及其所带来的对传质性能的削弱。

Description

一种复合脉冲萃取塔

技术领域

本申请属于萃取分离设备技术领域，具体地说，涉及一种高效复合脉冲萃取塔。

背景技术

脉冲萃取塔主要是通过液压脉冲或者空气脉冲来提供能量输入，从而使塔内两相作往返式的快速脉动运动，既能使分散相液滴充分破碎和分散从而有效提高两相接触面积，加强两相流体的湍动和充分接触，这些都有利于提高塔的传质效率。由于塔内没有其他的机械传动构件，设备密闭性好且结构相对简单，从而不易发生泄漏并且维修方便因此特别适用于处理腐蚀性强和放射性强的体系。目前，脉冲萃取塔已成为应用最广泛的萃取分离设备之一，广泛应用于化工、石油、食品、湿法冶金以及核工业等领域。

影响脉冲萃取塔传质效率的主要因素包括分散相存留分数、分散相液滴直径以及轴向混合。而对于脉冲萃取塔而言，以上三种因素主要受脉冲强度大小的影响。一方面增加脉冲强度，能够使液滴破碎的更小和充分分散从而提高分散相的存留分数和降低分散相液滴直径，进而提高两相的接触面积来增加两相传质；另一方面，当脉冲强度过高时，流体湍动过于剧烈而造成涡流扩散，连续相夹带问题也十分严重，从而使得轴向混合加剧降低传质效率。此外，当脉冲强度过高时，分散相的存留分数增加较多时会增加分散相液滴间的碰撞频率和聚合，使传质比表面积的增幅趋于减小。

传统的脉冲萃取塔主要包括脉冲筛板塔和脉冲填料塔两种。其中脉冲筛板塔主要结构是在塔内安装一定间距的水平筛板。筛板孔径通常在3mm左右，开孔率在20％—30％范围内变动。脉冲填料塔内可装填散装填料和规整填料。脉冲筛板塔由于开孔率较小，对于两相界面张力较大的体系，必须外加脉冲作用才能使两相通过筛板作逆流流动。此外由于筛板开孔孔径相对较大，本身对于分散相的破碎效应不够大，只能借助于较强的脉冲输入来破碎液滴使其充分分散。对于脉冲填料萃取塔，虽然填料对于促进分散相的破碎效应好于筛板，但是当增大脉冲强度时，填料塔内的轴向返混将会加剧从而降低传质推动力，削弱了塔的传质效率。

一方面，筛板能够作为分布器较为有效的抑制轴向返混，同时能够促进分散相液滴的分散-聚并效应从而加强两相接触，但需要较高的能量输入才能使分散相液滴充分破碎和分散；另一方面，虽然填料对于分散相具有很好的破碎作用，但是较高的脉冲强度就可能加剧轴向返混反而较低了传质效率。

发明内容

本申请的目的在针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种能够将两种脉冲萃取塔的优点结合起来，能够在较低能量消耗的情况下提高两相间传质效率，从而降低萃取塔的运行成本的新型筛板-填料复合脉冲萃取塔。

一种复合脉冲萃取塔，包括：包括塔体，在塔体的中心竖向设置有中心轴，在中心轴上固定有间隔分布的若干筛板，在筛板之间装填有规整填料，所述筛板上分布有若干通孔。

进一步地，如上所述的复合脉冲萃取塔，在所述筛板上通孔的孔率为10-60％，筛孔直径1.0-9.5mm。

进一步地，如上所述的复合脉冲萃取塔，所述筛板和规整填料材质为不锈钢、陶瓷或聚四氟乙烯中的一种。

本申请通过在筛板之间加装规整填料并安装在萃取塔内，构成复合脉冲萃取塔。通过对比使用，本申请提供的复合脉冲萃取塔和脉冲筛板萃取塔以及脉冲填料萃取塔的传质实验结果发现，本申请的的复合脉冲萃取塔的传质系数高于同操作条件下其他两种脉冲萃取塔的传质系数，其传质效率更高。此外，本申请复合脉冲萃取塔在较低的能量输入时即可获得较高的传质效率，有利于降低能量消耗和溶剂損失。因此该发明如若应用到工业生产中，能够有效降低成本。而对于萃取要求较高需要较高脉冲输入的实验或者实际生产，亦能够相对更有效的抑制轴向返混及其所带来的对传质性能的削弱。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

附图1为本申请复合筛板填料萃取塔结构示意图；

附图2为本申请筛板间全装填填料1时三种脉冲萃取塔萃取性能比较示意图；

附图3为本申请筛板间全装填填料2时三种脉冲萃取塔萃取性能比较示意图；

附图4为本申请陶瓷复合脉冲塔和陶瓷脉冲筛板塔的传质性能比较；

附图5为本申请陶瓷复合脉冲塔和陶瓷脉冲筛板塔的液滴直径比较；

其中：1、塔体；2、中心轴；3、筛板；4、填料；

附图2-5中，Vc、Vd分别指连续相和分散相表观流速；Hoxp指表观传质单元高度；Af指脉冲强度。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

如附图1所示，本申请提出了一种高效筛板-填料复合脉冲萃取塔，包括塔体1、中心轴2、筛板3、填料4。填料4置于两个筛板3之间，同筛板3一起固定在中心轴2上。本申请的工作原理为结合筛板和填料二者的优点来优化两相传质。通过填料来促进分散相液滴的破碎和分散以增加两相接触面积，同时筛板能够作为分布器来抑制轴向混合，而且二者结合能够促进液滴的破碎-聚并过程而有效提高两相接触，从而大幅提高萃取塔的传质效率。

实例1

实验所用萃取塔有效高度为1.15m，内径为50mm。选用30％TBP-煤油-硝酸体系，该体系在工业生产前的小试中应用十分广泛，是研究萃取设备传质性能的典型体系。实验中，TBP(煤油作为稀释剂)为分散相，水作为连续相，硝酸作为溶质。实验用品均为化学纯试剂。实验体系具体物性参数如表1所示。

表1实验体系物性参数

本实施例所述筛板和规整填料二者所用材质均为不锈钢。复合脉冲萃取塔的装填方式为：每两个筛板之间均加装填料。不同操作条件下复合脉冲萃取塔与脉冲筛板萃取塔和脉冲填料萃取塔传质性能比较如附图2所示。从图中可以看到，复合脉冲萃取塔的传质性能较脉冲筛板萃取塔和脉冲填料塔的萃取性能均有明显提高。尤其是在较低的脉冲强度时，脉冲复合萃取塔的萃取性能较脉冲筛板塔提升有40％以上，这说明在相同的萃取分离要求下，复合脉冲萃取塔需要的能量输入更低。

实例2

实验所用萃取塔有效高度为1.15m，内径为50mm。选用30％TBP-煤油-硝酸体系，该体系在工业生产前的小试中应用十分广泛，是研究萃取设备传质性能的典型体系。实验中，TBP(煤油作为稀释剂)为分散相，水作为连续相，硝酸作为溶质。实验用品均为化学纯试剂。实验体系具体物性参数如表1所示。本实施例所述筛板和规整填料二者所用材质均为不锈钢。该实例中复合脉冲萃取塔的装填方式为：每两个筛板之间均加装填料。不同操作条件下复合脉冲萃取塔与脉冲筛板萃取塔和脉冲填料萃取塔传质性能比较如附图3所示。从图中可以看到，该种复合脉冲萃取塔的传质性能同样优于脉冲筛板萃取塔和脉冲填料萃取塔。

实例3

实验所用萃取塔有效高度为1.0m，内径为75mm。选用30％TBP-煤油-醋酸体系，这也是一种研究萃取设备传质性能的典型体系。实验中，TBP(煤油作为稀释剂)为分散相，水作为连续相，醋酸作为溶质。实验用品均为化学纯试剂。实验体系具体物性参数如表1所示。该实验所用孔径3mm，开孔率23％的陶瓷筛板。复合脉冲萃取塔的装填方式为：筛板之间等间隔50mm，每块筛板上加装25mm的陶瓷规整填料。不同操作条件下复合脉冲萃取塔与脉冲筛板萃取塔传质性能比较如附图4所示。液滴平均直径的比较如从图5所示。从图中可以看到，该陶瓷复合脉冲萃取塔的传质性能同样明显优于脉冲筛板萃取塔。复合脉冲萃取塔液滴平均直径的也小于于脉冲筛板萃取塔，这也有利于提高复合脉冲萃取塔的传质效率。

实例4

根据实验结果和理论模型计算，3种不同直径的陶瓷复合脉冲萃取塔的主要结构和性能如表2所示，可供盐湖卤水萃取法提取锂和稀土元素分离等强盐酸体系的中试和示范装置选用。脉冲强度参考实例3的实验数据确定。

表2几种不同直径的陶瓷复合脉冲萃取塔的主要结构和性能

塔径(MM)	传质段有效高度(MM)	传质单元数	两相流量之和(升/小时)
				150	2000	6-8	～52
200	2000	6-8	～95
				300	3000	6-9	～210

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种复合脉冲萃取塔，其特征在于，包括：包括塔体(1)，在塔体(1)的中心竖向设置有中心轴(2)，在中心轴(2)上固定有间隔分布的若干筛板(3)，在筛板(3)之间装填有规整填料(4)，所述筛板(3)上分布有若干通孔。

2.根据权利要求1所述的复合脉冲萃取塔，其特征在于，在所述筛板(3)上通孔的孔率为10-60％，筛孔直径1.0-9.5mm。

3.根据权利要求1所述的复合脉冲萃取塔，其特征在于，所述筛板(3)和规整填料(4)材质为不锈钢、陶瓷或聚四氟乙烯中的一种。