CN108114622A - 一种夹层棱柱形罩分散元件和分散液相的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种夹层棱柱形罩分散元件和分散液相的方法,该分散元件由外层棱柱形罩板、内层挡板、端板和底部密封板构成;罩板的截面为等腰梯形或等腰三角形;挡板在罩板内部,分左右两块,与罩板侧壁平行,挡板与罩板侧壁间形成夹层缝隙,缝隙的下端由底部密封板封闭;外层棱柱形罩板两端靠端板密封,挡板的两端密封在端板内侧;挡板的垂直高度小于罩板侧壁的垂直高度,两挡板的上下部敞开形成分散相流动通道;当罩板的截面为等腰梯形时,罩板的顶面和侧壁上沿不同高度开有多排筛孔;当罩板的截面为等腰三角形时,罩板的两个侧壁上沿不同高度开有多排筛孔。本发明分散元件用于萃取过程时具有操作弹性宽、传质效率高、分散液相稳定可靠等优点。

Description

一种夹层棱柱形罩分散元件和分散液相的方法
技术领域
本发明涉及一种夹层棱柱形罩分散元件和分散液相的方法,用于液相流动环境下液相的有效分散过程,特别为化工分离的萃取过程提供一种有较大操作弹性的塔板分散结构和高效的液相分散方法。
背景技术
化工生产中经常采用筛板塔进行液液萃取过程,由于筛板具有对连续相的阻隔作用,能较好地将连续相限制在相邻两塔板间流动,因而对减小连续相轴向返混非常有利,设计合理的筛板萃取塔可实现较好的分离效果。
但是,筛板萃取塔的设计要求较高,不仅需要准确的两相物性数据,还需要对操作条件可能变化的范围有较全面的了解。当操作状态与设计参数有较大偏差时,筛板萃取塔往往难以达到高效操作的条件,致使操作不理想甚至失败的情况很容易出现,这大大制约了筛板塔的广泛应用。
提高设备的操作弹性历来是开发新设备需要考虑的一个重要方面,对于筛板萃取塔,如能根据操作负荷的变化随时同步调节分散相穿过筛板的孔流速度,无疑会大大改善两相的传质效果,本发明即为解决这个问题提供了一种有效的途径。本发明采用了一种夹层棱柱形罩分散结构,在外层棱柱形罩的顶部和侧壁上开有多排筛孔,通过自动调节用于分散相流经的筛孔个数来实现设备与分散相流通负荷的匹配。假设轻相作为分散相时,低流量时轻相仅会在棱柱形罩内的上部形成有效的凝聚层,此时仅有位于较高位置的筛孔用来分散轻相流体,而位置较低的筛孔将用于使重相流体倒流入棱柱形罩内的夹层中形成液封。当轻相流量增加时,塔板下的轻相凝聚层高度增加,夹层中的重相流体逐渐被从下部的筛孔压出,随之下部的筛孔也参与分散轻相,可使轻相快速穿过塔板防止形成过高的凝聚层。
本发明的详细结构将在发明内容和具体实施方式中再详细叙述。
发明内容
本发明的目的在于针对普通筛板萃取塔操作弹性不高的特点提出一种改进的途径和塔板结构,该种结构可根据分散相流量的变化自适应地调节用于流通分散相的筛孔个数,形成稳定的分散相凝聚层,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:一种夹层棱柱形罩分散元件,该分散元件由外层棱柱形罩板、内层挡板、端板和底部密封板构成;所述外层棱柱形罩板的截面为等腰梯形或等腰三角形;挡板在罩板内部,分左右两块,与罩板侧壁平行,挡板与罩板侧壁间形成夹层缝隙,缝隙的下端由底部密封板封闭;外层棱柱形罩板两端靠端板密封,挡板的两端密封在端板内侧;挡板的垂直高度小于罩板侧壁的垂直高度,两挡板的上下部敞开形成分散相流动通道;当外层棱柱形罩板的截面为等腰梯形时,罩板的顶面和侧壁上沿不同高度开有多排筛孔;当外层棱柱形罩板的截面为等腰三角形时,罩板的两个侧壁上沿不同高度开有多排筛孔。
进一步地,所述内层挡板间形成的分散相流动通道上底宽20~40mm,下底宽40~80mm。
进一步地,所述外层棱柱形罩板的长度为150~250mm。
进一步地,所述外层棱柱形罩板的横截面的底角为45°~75°,优选为60°。
进一步地,所述筛孔为圆形筛孔,圆形筛孔的大小为φ3~6mm。
进一步地,当外层棱柱形罩板的截面为等腰梯形时,外层棱柱形罩板上底宽8~20mm,下底宽60~100mm,垂直高度为40~80mm。
进一步地,当外层棱柱形罩板的截面为等腰梯形时,外层棱柱形罩板的顶面开有1~4排筛孔,优选为等间距开有1~4排筛孔;外层棱柱形罩板的顶面和侧壁上相邻两排筛孔呈等腰三角形或长方形排布。
进一步地,当外层棱柱形罩板的截面为等腰三角形时,外层棱柱形罩板下底宽60~100mm,垂直高度为50~90mm。
进一步地,当外层棱柱形罩板的截面为等腰三角形时,外层棱柱形罩板的侧壁上相邻两排筛孔呈等腰三角形或长方形排布。
一种应用上述的分散元件进行分散液相的方法,包括以下步骤:
当轻相为分散相时,所述分散元件使用时固定在塔板的上方,其底端的条形孔与塔板上的孔道一致,轻相从塔板开孔沿分散元件两挡板间形成的通道向上流动,流过挡板的顶端直接从外层棱柱形罩板上部的筛孔排出,或沿两挡板外侧的条形缝隙向下流动从外层棱柱形罩板侧壁下部的筛孔排出;轻相从罩板的筛孔排出后与周围的重相流体进行接触传质;
当重相为分散相时,将所述分散元件翻转固定在塔板孔道的下方,即重相穿过分散元件内部的通道向下流动,流过内层挡板的底端直接从外层棱柱形罩板的下部筛孔排出,或沿挡板外侧条形缝隙向上流动从外层棱柱形罩板侧壁的上部筛孔排出;重相从罩板的筛孔排出后与周围的轻相流体进行接触传质。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明分散元件的外层棱柱形罩与内层挡板间形成条状缝隙通道,在分散相流量较低时起到液封连续相的作用,分散相流量较高时又作为分散相的流道让其快速流过塔板,因而具有调节操作弹性的作用。
(2)本发明的分散相在大流量穿过分散元件时形成斜向上(针对轻相作为分散相)或斜向下(针对重相作为分散相)的喷射现象,与周围其他分散元件喷射的分散相互相作用有利于在连续相内使分散相破碎增加萃取速率。
(3)本发明的分散元件可方便地采用不同材料进行加工,便于应用时根据连续相和分散相的性质进行选择。
(4)本发明的分散元件可做成标准件,使用时直接安装在塔板的孔道上即可,具有易于推广的前景。
附图说明
图1为罩板截面为等腰梯形时分散元件平视图;
图2为罩板截面为等腰梯形时分散元件俯视图;
图3为罩板截面为等腰梯形时的展开图;
图4为罩板截面为等腰三角形时分散元件平视图;
图5为罩板截面为等腰三角形时分散元件俯视图;
图6为罩板截面为等腰三角形时的展开图;
图中,外层棱柱形罩板1、内层挡板2、端板3、底部密封板4、筛孔5、塔板6、通道7。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-6所示,本发明一种夹层棱柱形罩分散元件,该分散元件由外层棱柱形罩板1、内层挡板2、端板3和底部密封板4构成;所述外层棱柱形罩板1的截面为等腰梯形或等腰三角形;挡板2在罩板1内部,分左右两块,与罩板1侧壁平行,挡板2与罩板1侧壁间形成夹层缝隙,缝隙的下端由底部密封板4封闭;外层棱柱形罩板1两端靠端板3密封,挡板2的两端密封在端板3内侧;挡板2的垂直高度小于罩板1侧壁的垂直高度,两挡板2的上下部敞开形成分散相流动通道7;当外层棱柱形罩板1的截面为等腰梯形时,罩板1的顶面和侧壁上沿不同高度开有多排筛孔5;当外层棱柱形罩板1的截面为等腰三角形时,罩板1的两个侧壁上沿不同高度开有多排筛孔5。
进一步地,所述内层挡板2间形成的分散相流动通道7上底宽20~40mm,下底宽40~80mm。
进一步地,所述外层棱柱形罩板1的长度为150~250mm。
进一步地,所述外层棱柱形罩板1的横截面的底角为45°~75°,优选为60°。
进一步地,所述筛孔5为圆形筛孔,圆形筛孔的大小为φ3~6mm。
进一步地,当外层棱柱形罩板1的截面为等腰梯形时,外层棱柱形罩板1上底宽8~20mm,下底宽60~100mm,垂直高度为40~80mm。
进一步地,当外层棱柱形罩板1的截面为等腰梯形时,外层棱柱形罩板1的顶面(等间距)开有1~4排筛孔5;外层棱柱形罩板1的顶面和侧壁上相邻两排筛孔5呈等腰三角形或长方形排布。
进一步地,当外层棱柱形罩板1的截面为等腰三角形时,外层棱柱形罩板1下底宽60~100mm,垂直高度为50~90mm。
进一步地,当外层棱柱形罩板1的截面为等腰三角形时,外层棱柱形罩板1的侧壁上相邻两排筛孔5呈等腰三角形或长方形排布。
一种应用上述分散元件进行分散液相的方法,包括以下步骤:
当轻相为分散相时,所述分散元件使用时固定在塔板6的上方,其底端的条形孔与塔板上的孔道一致,轻相从塔板6开孔沿分散元件两挡板间形成的通道7向上流动,流过挡板2的顶端直接从外层棱柱形罩板1上部的筛孔5排出,或沿两挡板2外侧的条形缝隙向下流动从外层棱柱形罩板1侧壁下部的筛孔5排出;轻相从罩板1的筛孔5排出后与周围的重相流体进行接触传质;
当重相为分散相时,将所述分散元件翻转固定在塔板6孔道的下方,即重相穿过分散元件内部的通道7向下流动,流过内层挡板2的底端直接从外层棱柱形罩板1的下部筛孔5排出,或沿挡板2外侧条形缝隙向上流动从外层棱柱形罩板1侧壁的上部筛孔5排出;重相从罩板1的筛孔5排出后与周围的轻相流体进行接触传质。
以下通过具体实施例对本发明的结构作进一步说明,但不应认为本发明只适合这些案例。
实施例1
图1和图2代表了一种夹层棱柱形罩分散元件的结构图。其中,外层棱柱形罩板1的截面为等腰梯形,外层棱柱形罩板1底端的边长为80mm,顶端的边长为12mm,罩板1高为60mm;内层流动通道7底端的边长为64mm,顶端的边长为30mm,流动通道7高为30mm。
外层棱柱形罩板1的侧面展开图如图3所示,为长方形筛板,其上沿中轴开有1排筛孔5并对称地开有10排圆形筛孔5。罩板1在折叠成棱柱形罩后对称的两排圆形筛孔5处于同一高度,每排筛孔中心离下部底部密封板4的垂直高度分别为10mm、20mm、30mm、40mm和50mm,每排圆形筛孔5的个数从下到上分别为16、15、16、15和16个,顶部筛孔5的个数为15个,均为等间距排列。圆形筛孔5的规格为φ4~5mm,孔间距为12.5mm。
外层棱柱形罩板1和内层挡板2下部采用宽为8mm的条形密封板4连接并密封,确保左右对称。棱柱形罩分散元件的长度为200mm。
这种结构的夹层棱柱形罩分散元件总筛孔的开孔面积与通道7的面积比为0.17~0.26。
实施例2
图1和图2代表了一种夹层棱柱形罩分散元件的结构图。其中,外层棱柱形罩板1的截面为等腰梯形,外层棱柱形罩板1底端的边长为60mm,顶端的边长为9mm,罩板1高为45mm;内层流动通道7底端的边长为48mm,顶端的边长为22.5mm,流动通道7高为22.5mm。
外层棱柱形罩板1的侧面展开图如图3所示,为长方形筛板,其上沿中轴开有1排筛孔5并对称地开有10排圆形筛孔5。罩板1在折叠成棱柱形罩后对称的两排圆形筛孔5处于同一高度,每排筛孔中心离下部底部密封板4的垂直高度分别为7.5mm、15mm、22.5mm、30mm和37.5mm,每排圆形筛孔5的个数从下到上分别为16、15、16、15和16个,顶部筛孔5的个数为15个,均为等间距排列。圆形筛孔5的规格为φ3~4mm,孔间距为10mm。
外层棱柱形罩板1和内层挡板2下部采用宽为6mm的条形密封板4连接并密封,确保左右对称。棱柱形罩分散元件的长度为160mm。
这种结构的夹层棱柱形罩分散元件总筛孔的开孔面积与通道7的面积比为0.16~0.28。
实施例3
图1和图2代表了一种夹层棱柱形罩分散元件的结构图。其中,外层棱柱形罩板1的截面为等腰梯形,外层棱柱形罩板1底端的边长为100mm,顶端的边长为15mm,罩板1高为75mm;内层流动通道7底端的边长为80mm,顶端的边长为37.5mm,流动通道7高为37.5mm。
外层棱柱形罩板1的侧面展开图如图3所示,为长方形筛板,其上沿中轴开有1排筛孔5并对称地开有10排圆形筛孔5。罩板1在折叠成棱柱形罩后对称的两排圆形筛孔5处于同一高度,每排筛孔中心离下部底部密封板4的垂直高度分别为12.5mm、25mm、37.5mm、50mm和62.5mm,每排圆形筛孔5的个数从下到上分别为16、15、16、15和16个,顶部筛孔5的个数为15个,均为等间距排列。圆形筛孔5的规格为φ5~6mm,孔间距为15mm。
外层棱柱形罩板1和内层挡板2下部采用宽为8mm的条形密封板4连接并密封,确保左右对称。棱柱形罩分散元件的长度为240mm。
这种结构的夹层棱柱形罩分散元件总筛孔的开孔面积与通道7的面积比为0.17~0.25。
实施例4
图4和图5代表了一种夹层棱柱形罩分散元件的结构图。其中,外层棱柱形罩板1的截面为等腰三角形,外层棱柱形罩板1底端的边长为60mm,罩板1高为52mm;内层流动通道7底端的边长为48mm,顶端的边长为20mm,流动通道7高为24mm。
外层棱柱形罩板1的侧面展开图如图6所示,为长方形筛板,其上沿中轴对称地开有10排圆形筛孔5。罩板1在折叠成棱柱形罩后对称的两排圆形筛孔5处于同一高度,每排筛孔中心离下部底部密封板4的垂直高度分别为8.5mm、17mm、25.5mm、34mm和42.5mm,每排圆形筛孔5的个数从下到上分别为16、15、16、15和16个,均为等间距排列。圆形筛孔5的规格为φ3~4mm,孔间距为10mm。
外层棱柱形罩板1和内层挡板2下部采用宽为6mm的条形密封板4连接并密封,确保左右对称。棱柱形罩分散元件的长度为160mm。
这种结构的夹层棱柱形罩分散元件总筛孔的开孔面积与通道7的面积比为0.14~0.26。
实施例5
图4和图5代表了一种夹层棱柱形罩分散元件的结构图。其中,外层棱柱形罩板1的截面为等腰三角形,外层棱柱形罩板1底端的边长为100mm,罩板1高为86mm;内层流动通道7底端的边长为80mm,顶端的边长为36mm,流动通道7高为38mm。
外层棱柱形罩板1的侧面展开图如图6所示,为长方形筛板,其上沿中轴对称地开有10排圆形筛孔5。罩板1在折叠成棱柱形罩后对称的两排圆形筛孔5处于同一高度,每排筛孔中心离下部底部密封板4的垂直高度分别为14mm、28mm、42mm、56mm和70mm,每排圆形筛孔5的个数从下到上分别为16、15、16、15和16个,均为等间距排列。圆形筛孔5的规格为φ5~6mm,孔间距为15mm。
外层棱柱形罩板1和内层挡板2下部采用宽为10mm的条形密封板4连接并密封,确保左右对称。棱柱形罩分散元件的长度为240mm。
这种结构的夹层棱柱形罩分散元件总筛孔的开孔面积与通道7的面积比为0.16~0.23。
上述实施例用来解释说明本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种夹层棱柱形罩分散元件,其特征在于,该分散元件由外层棱柱形罩板、内层挡板、端板和底部密封板构成;所述外层棱柱形罩板的截面为等腰梯形或等腰三角形;挡板在罩板内部,分左右两块,与罩板侧壁平行,挡板与罩板侧壁间形成夹层缝隙,缝隙的下端由底部密封板封闭;外层棱柱形罩板两端靠端板密封,挡板的两端密封在端板内侧;挡板的垂直高度小于罩板侧壁的垂直高度,两挡板的上下部敞开形成分散相流动通道;当外层棱柱形罩板的截面为等腰梯形时,罩板的顶面和侧壁上沿不同高度开有多排筛孔;当外层棱柱形罩板的截面为等腰三角形时,罩板的两个侧壁上沿不同高度开有多排筛孔。
2.根据权利要求1所述的一种夹层棱柱形罩分散元件,其特征在于,所述内层挡板间形成的分散相流动通道上底宽20~40mm,下底宽40~80mm。
3.根据权利要求1所述的一种夹层棱柱形罩分散元件,其特征在于,所述外层棱柱形罩板的长度为150~250mm。
4.根据权利要求1所述的一种夹层棱柱形罩分散元件,其特征在于,所述外层棱柱形罩板的横截面的底角为45°~75°。
5.根据权利要求1所述的一种夹层棱柱形罩分散元件,其特征在于,所述筛孔为圆形筛孔,圆形筛孔的大小为φ3~6mm。
6.根据权利要求1所述的一种夹层棱柱形罩分散元件,其特征在于,当外层棱柱形罩板的截面为等腰梯形时,外层棱柱形罩板上底宽8~20mm,下底宽60~100mm,垂直高度为40~80mm。
7.根据权利要求1所述的一种夹层棱柱形罩分散元件,其特征在于,当外层棱柱形罩板的截面为等腰梯形时,外层棱柱形罩板的顶面开有1~4排筛孔;外层棱柱形罩板的顶面和侧壁上相邻两排筛孔呈等腰三角形或长方形排布。
8.根据权利要求1所述的一种夹层棱柱形罩分散元件,其特征在于,当外层棱柱形罩板的截面为等腰三角形时,外层棱柱形罩板下底宽60~100mm,垂直高度为50~90mm。
9.根据权利要求1所述的一种夹层棱柱形罩分散元件,其特征在于,当外层棱柱形罩板的截面为等腰三角形时,外层棱柱形罩板的侧壁上相邻两排筛孔呈等腰三角形或长方形排布。
10.一种应用权利要求1~9任一项所述的分散元件进行分散液相的方法,其特征在于,包括以下步骤:
当轻相为分散相时,所述分散元件使用时固定在塔板的上方,其底端的条形孔与塔板上的孔道一致,轻相从塔板开孔沿分散元件两挡板间形成的通道向上流动,流过挡板的顶端直接从外层棱柱形罩板上部的筛孔排出,或沿两挡板外侧的条形缝隙向下流动从外层棱柱形罩板侧壁下部的筛孔排出;轻相从罩板的筛孔排出后与周围的重相流体进行接触传质;
当重相为分散相时,将所述分散元件翻转固定在塔板孔道的下方,即重相穿过分散元件内部的通道向下流动,流过内层挡板的底端直接从外层棱柱形罩板的下部筛孔排出,或沿挡板外侧条形缝隙向上流动从外层棱柱形罩板侧壁的上部筛孔排出;重相从罩板的筛孔排出后与周围的轻相流体进行接触传质。
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