CN111701278A - 转盘萃取塔及其应用 - Google Patents

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CN111701278A CN202010763655.XA CN202010763655A CN111701278A CN 111701278 A CN111701278 A CN 111701278A CN 202010763655 A CN202010763655 A CN 202010763655A CN 111701278 A CN111701278 A CN 111701278A
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Abstract

本发明设计化工设备领域，提供了转盘萃取塔及其应用。转盘萃取塔，包括塔体、转轴、多个转盘以及多组固定板组；多个转盘位于塔体的中部，且沿塔体的高度方向依次分布，转轴与每个转盘连接且穿过每个转盘的中心，塔体的内壁上设置有在高度方向与多个转盘错位的多组固定板组；每组固定板组包括沿塔体内壁周向设置的上下两层固定板层，每层固定板层包括间隔设置且围成环的多个固定板，每个固定板的一侧边缘均与塔体的内壁连接，两层固定板层在塔体的长度方向上错位设置。该转盘萃取塔具有无固体颗粒沉积、处理量大以及萃取效果好的特点。转盘萃取塔在化工分离过程中的应用。

Description

转盘萃取塔及其应用
技术领域
本发明涉及化工设备技术领域，具体而言，涉及转盘萃取塔及其应用。
背景技术
萃取操作是化工分离过程中重要的单元操作之一。一般而言，萃取系统由互不相溶或部分互溶的液液两相体系组成，但在工业生产中，存在大量的以液-液-固为代表的含固萃取体系。萃取体系中的固体颗粒容易在萃取设备内形成沉积、堵塞，影响萃取设备的正常操作和长周期运转。因此，开发出适用于分离含固萃取体系、抗堵塞、传质效率高的萃取设备显得尤为重要。
萃取塔是一种重要的液-液传质设备，在化工、石油和环境保护等领域有着广泛的应用。转盘萃取塔具有结构简单、处理量大、投资小等优点，且能够处理含少量固体颗粒的萃取体系，但当体系中固体颗粒含量过高时，颗粒依然会在固定环和塔壁连接位置沉积、粘附并逐渐累积，形成流动死区，影响设备正常操作，严重时会导致萃取塔堵塞。
中国专利CN104524809B公开了“适用于含固体萃取操作的改进型转盘塔内构件”，通过在固定环和转盘上采用弧形设计，消除塔内流动死区，从而防止固相沉积，提高转盘塔对含固体萃取体系的处理能力。但这种方法直接减少了塔内有效传质空间，一定程度上会影响传质效果。
鉴于此特提出本申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种转盘萃取塔及其应用，旨在改善背景技术中提到的至少一种问题。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面本发明实施例提供一种转盘萃取塔，包括塔体、转轴、多个转盘以及多组固定板组；
多个转盘位于塔体的中部，且沿塔体的高度方向依次分布，转轴与每个转盘连接且穿过每个转盘的中心，塔体的内壁上设置有在高度方向与多个转盘错位的多组固定板组；
每组固定板组包括沿塔体内壁周向设置的上下两层固定板层，每层固定板层包括间隔设置且围成环的多个固定板，每个固定板的一侧边缘均与塔体的内壁连接，两层固定板层在塔体的长度方向上错位设置。
在可选的实施方式中，转轴包括多段依次连接的连接轴，相邻两段连接轴通过变速器连接。
在可选的实施方式中，多个转盘与多组固定板组错位是沿转轴的延伸方向上相邻两个转盘之间设置有一组固定板组，或者相邻两组固定板组之间设置有一个转盘。
在可选的实施方式中，固定板为扇形板，每层固定板层由至少两块扇形板组成。
在可选的实施方式中，每个扇形板与塔体连接的一侧边缘设置有贯穿扇形板的至少一个通槽；
在可选的实施方式中，通槽的数量为多个，多个通槽均匀设置于扇形板的边缘。
在可选的实施方式中，通槽为矩形槽，矩形槽的长度小于或等于扇形板与塔体连接侧的弧长的0.25倍，宽度小于或等于0.5倍扇形板的宽度。
在可选的实施方式中，每层扇形板围成的环的内径大于或等于0.5倍其外径。
在可选的实施方式中，转盘的至少一面设置有多个导流板，每个导流板由转盘的中心向转盘的边缘延伸。
在可选的实施方式中，多个导流板在转盘上均匀间隔分布。
在可选的实施方式中，导流板的高度大于或等于1mm且小于等于0.25倍相邻两个所述转盘之间的距离。
在可选的实施方式中，导流板的形状为直线型或弧形，导流板为弧形时，其凹面朝向与转轴的旋转方向相反。
在可选的实施方式中，每组固定板组内的两层固定板层在轴向上的距离大于或等于1mm，且小于或等于0.5倍相邻两个转盘的距离。
第二方面，本发明实施例提供上述任一实施方式提供的转盘萃取塔在化工分离过程中的应用。
本发明实施例的有益效果包括，例如：
由于在塔体内壁设置有多组固定板组，每组固定板组由两层错位设置的固定板层构成，固定板层由间隔设置的固定板围成环形；因此该设计在转盘萃取塔工作时，可以避免颗粒聚积在环形固定板上，同时由于上层固定板层和下层固定板层之间有轴向重叠，能够避免级间短路，有利于提高整个塔的处理能力。因此，该转盘萃取塔具有无固体颗粒沉积、处理量大以及萃取效果好的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的转盘萃取塔的结构示意图；
图2为固定板组的结构示意图；
图3为塔体在固定板组处半剖后的第一视角结构示意图；
图4为固定板组的俯视图；
图5为塔体在固定板组处剖切后的第二视角的结构示意图；
图6为扇形板的俯视图；
图7为转盘上设置分别设置不同结构的导流板的两种结构示意图。
图标：100-转盘萃取塔；110-塔体；111-重相入口；112-轻相入口；113-重相出口；114-轻相出口；120-转轴；121-连接轴；122-变速器；130-转盘；140-固定板组；141-固定板层；142a-上层扇形板；142b-下层扇形板；142-扇形板；143-通槽；150-导流板；160-联轴器；170-电机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
如图1所示，本实施例提供了一种转盘萃取塔100，包括塔体110、转轴120、多个转盘130以及多组固定板组140。
多个转盘130位于塔体110的中部，且沿塔体110的高度方向依次分布，转轴120与每个转盘130连接且穿过每个转盘130的中心，塔体110的内壁上设置有在高度方向与多个转盘130错位的多组固定板组140；
如图2和图3所示，每组固定板组140包括沿塔体110内壁周向设置的上下两层固定板层141，每层固定板层141包括间隔设置且围成环的多个固定板(扇形板142)，每个固定板的一侧边缘均与塔体110的内壁连接，两层固定板层141在塔体110的长度方向上错位设置。
具体地，在本实施例中，塔体110的内壁上设置有在高度方向与多个转盘130错位的多组固定板组140是：沿转轴120的延伸方向上相邻两个转盘130之间设置有一组固定板组140，或者相邻两组固定板组之间设置有一个转盘130。
具体地，塔体110的上部设置有重相入口111，下部设置有轻相入口112，顶部设置有轻相出口114，底部设置有重相出口113。转轴120通过联轴器160与电机170连接。
两层固定板层141错位设置是指一层固定板层内的固定板在另一固定板层上的投影可完全覆盖该层固定板之间的间隙。即，下层两相邻固定板之间的间隙的正上方为上层的固定板，上层两相邻固定板之间的间隙的正下方为下层的固定板。
如图1和图3所示，图3中，弧形线箭头表示颗粒的运动方向，向上箭头表示轻相运动方向，向下箭头表示重相运动方向。本发明实施例提供的转盘萃取塔主要用于液-液-固萃取体系，重相由重相入口111进入塔体110内，轻相由轻相入口112进入塔体内，电机170通电带动转轴120转动。由于液-液-固萃取体系中含有大量固体颗粒，颗粒在重力作用下向下沉降。在转盘130搅动作用和重力沉降的复合作用下，固体颗粒运动轨迹为向下的螺旋线。双层错开式固定板的上层固定板层141由多个固定板围成，且固定板间隔设置，相邻固定板之间存有间隙，固体颗粒可通过该间隙继续向下螺旋下降，进入下层固定板层141；下层固定板层也是多个固定板围成，且固定板间隔设置，相邻固定板之间存有间隙，固体颗粒可通过该间隙继续向下螺旋下降。采用双层错开式固定板层设计可以避免颗粒聚积在环形固定板上，同时由于上层固定板层和下层固定板层环之间有轴向重叠，能够避免级间短路，有利于提高整个塔的处理能力。
通常塔体110的形状为圆柱形，固定板的形状与塔体110的形状匹配时萃取效果更好。优选地，固定板为扇形板142，位于每组固定板组140上层的为上层扇形板142a，位于下层的为下层扇形板142b。每层固定板层141由至少两块扇形板142组成。
如图4所示，单个上层扇形板142a所占扇形角度为β，单个下层扇形板142b所占扇形角度为α；上层扇形板之间空隙所占扇形角度为δ，δ大于0°；下层扇形板之间空隙所占扇形角度为ε，ε大于0°；相邻的上下扇形板之间彼此重叠区域所占扇形角度为γ，γ大于0°。
每层扇形板142围成的环的内径大于或等于0.5倍其外径。即如图4所示，固定环外径Do与塔体110的内径相等，固定环内径Di大于或等于0.5倍Do。
如图5中所示，图中h表示两层固定板层141的轴向距离。优选地，每组固定板组140内的两层固定板层在轴向上的距离h大于或等于1mm，且小于或等于0.5倍相邻两个转盘130的距离。
转轴120包括多段依次连接的连接轴121，相邻两段连接轴121通过变速器122连接。
固体颗粒越靠近塔体110的下部，其富集越来越严重，容易发生颗粒聚集。转轴120的具体设置可以使位于下部的连接轴121在变速器122的作用下转速加快，提高固体颗粒富集区域的流体湍动程度，对富集的固体颗粒造成强烈扰动，配合错位设置的两层固定板层141，能够避免其沉积、附着在塔体110的内壁以及扇形板142上。
进一步地，每个扇形板142与塔体110连接的一侧边缘设置有贯穿扇形板142的至少一个通槽143。
当固体颗粒含量非常大时，固体颗粒在扇形板142上流动时可以通过通槽143从扇形板142流到下一层，从而避免大量固体颗粒在扇形板142上流动，由于液体在塔体110的内壁附近的轴向速度非常小，开通槽143不会引起级间短路。
当设置的通槽143的数量为一个时，其可以设置于扇形板142边缘的任何位置，优选设置于扇形板142的边缘的中部。
当设置的通常143的数量为多个时，其可以设置于扇形板142边缘的任何位置。优选地，为使得大颗粒可均匀流入下一层，多个通槽143均匀设置于扇形板142的边缘。
进一步地，通槽143为矩形槽，矩形槽的长度小于或等于扇形板142与塔体110连接侧的弧长的0.25倍，宽度小于或等于0.5倍扇形板142的宽度。如图6所示，矩形槽的长度c小于或等于0.25倍的(Doβπ/180)，矩形槽的宽度t应小于0.5倍的(Do-Di)。
进一步地，转盘130的至少一面设置有多个导流板150，每个导流板150由转盘130的中心向转盘130的边缘延伸。优选地，多个导流板在转盘上均匀间隔分布。
导流板150的设置，在转轴120带动作用下能强化液体和固体颗粒流向塔体110内壁的动能，增加固体颗粒沿塔壁做环向运动的速度，促进固体颗粒从扇形板142的间隙和矩形槽流到下一层。
优选地，为保证导流板具有更好的导流效果，导流板的高度大于或等于1mm且小于等于0.25倍相邻两个所述转盘之间的距离。
进一步地，导流板150的形状为直线型或弧形，导流板为弧形时，其凹面朝向与转轴的旋转方向相反。具体地，导流板150可单面设置，也可双面设置。导流板150的数量可以根据具体的萃取需要设置。如图7所示，提供了两种导流板，一种为直线型一种为弧形，直线型数量为3个，弧形数量为6个。
本发明实施例还提供了转盘萃取塔100在化工分离过程中的应用。
下面以具体实施例对本申请提供的技术方案进行具体说明。
实施例1
本实施例中，固定板组140内的上下层固定板层141均由6个扇形板142组成，转盘130上的导流板150为直线型、双面布置，环形均匀分布6块，板高2mm。转轴120由三段连接轴121连接形成，变速器122均为齿轮变速器，上部齿轮变速器传动比为1：1.2，下部齿轮变速器传动比为1：1.1。转盘萃取塔100的其他参数如表1所示。
表1萃取塔结构参数表
D<sub>o</sub>/mm D<sub>i</sub>/mm h/mm α/° β/° γ/° δ/° ε/°
40 24 4 45 45 15 15 15
水作为重相携带二水石膏颗粒(CaSO4·2H2O)从重相入口111进入塔内，自上而下流动；煤油作为轻相从轻相入口112进入塔内，自下而上流动，轻重两相在塔内逆流接触传质。转盘130随转轴120旋转，塔内的水-煤油-二水石膏颗粒萃取体系在转盘130的旋转下随之搅动。萃取体系中含有大量二水石膏固体颗粒，颗粒在重力作用下向下运动。在转盘130旋转作用和重力沉降的复合作用下，运动到双层错开式固定板组140上面的固体颗粒同时还做沿塔环向的旋转运动，由于运动到双层错开式固定板组140上层固定板层141由3块彼此之间存在间隙的扇形板142拼成，固体颗粒可通过该间隙继续向下螺旋下降，进入下层固定板层141；由于下层固定板层也是由3块，彼此之间存在间隙的扇形板142拼成，固体颗粒可通过该间隙继续向下螺旋下降。越靠近塔体110的下方，固体颗粒越富集，由于齿轮变速器122的作用，转轴上段转速为200r/min，中段转速为240r/min，下段转速为264r/min。在靠近转盘塔下方区域的转轴120转速提高，对流体产生高强度扰动。固体颗粒从扇形板之间的间隙流到下一层，未发生二水石膏颗粒在塔壁、固定环上附着沉积的现象。
实施例2
本实施例中，固定板组140内的上下层固定板层141均由3个扇形板142组成，转盘130上的导流板150为曲线型、双面布置，环形均匀分布6块，板高2mm。转轴120由三段连接轴121连接形成，变速器122均为齿轮变速器，上部齿轮变速器传动比为1：1.1，下部齿轮变速器传动比为1：1.1。转盘萃取塔100的其他参数如表1所示。
表2萃取塔结构参数表
D<sub>o</sub>/mm D<sub>i</sub>/mm h/mm α/° β/° γ/° δ/° ε/°
40 24 4 90 90 30 30 30
水作为重相携带二水石膏颗粒(CaSO4·2H2O)从重相入口111进入塔内，自上而下流动；煤油作为轻相从轻相入口112进入塔内，自下而上流动，轻重两相在塔内逆流接触传质。转盘130随转轴120旋转，塔内的水-煤油-二水石膏颗粒萃取体系在转盘130的旋转下随之搅动。萃取体系中含有大量二水石膏固体颗粒，颗粒在重力作用下向下运动。在转盘130旋转作用和重力沉降的复合作用下，运动到双层错开式固定板组140上面的固体颗粒同时还做沿塔环向的旋转运动，由于运动到双层错开式固定板组140上层固定板层141由3块彼此之间存在间隙的扇形板142拼成，且扇形板142上开设有矩形槽，固体颗粒可通过扇形板142之间的间隙以及矩形槽继续向下螺旋下降，进入下层固定板层141；由于下层固定板层也是由3块，彼此之间存在间隙的扇形板142拼成，固体颗粒可通过该间隙继续向下螺旋下降。越靠近塔体110的下方，固体颗粒越富集，由于齿轮变速器122的作用，转轴上段转速为200r/min，中段转速为220r/min，下段转速为242r/min。在靠近转盘塔下方区域的转轴120转速提高，对流体产生高强度扰动。固体颗粒从扇形板之间的间隙和矩形槽流到下一层，未在扇形板上大量存在，发生二水石膏颗粒在塔壁、固定环上附着沉积的现象。
综上所述，本发明实施例提供的转盘萃取塔，由于其在塔体内壁设置有多组固定板组，每组固定板组由两层错位设置的固定板层构成，固定板层由间隔设置的固定板围成环形；因此该设计在转盘萃取塔工作时，可以避免颗粒聚积在环形固定板上，同时由于上层固定板层和下层固定板层之间有轴向重叠，能够避免级间短路，有利于提高整个塔的处理能力。因此，该转盘萃取塔具有无固体颗粒沉积、处理量大以及萃取效果好的特点。
进一步地，在错位设置固定板层的基础上，转轴采用多段连接轴通过变速器连接形成，消除了塔内流动死区，有效提高塔内空间利用率、传质效率和塔的处理能力。因此，在相同萃取工艺条件下，由于塔内空间利用率和萃取效率的提高，有利于提高整体的萃取效果。
本发明实施例提供的转盘萃取塔应用于在化工分离过程中时，其分离效果好，可实现更高的经济效益。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种转盘萃取塔，其特征在于，包括塔体、转轴、多个转盘以及多组固定板组；
多个所述转盘位于所述塔体的中部，且沿所述塔体的高度方向依次分布，所述转轴与每个所述转盘连接且穿过每个所述转盘的中心，所述塔体的内壁上设置有在高度方向与多个所述转盘错位的多组固定板组；
每组所述固定板组包括沿所述塔体内壁周向设置的上下两层固定板层，每层所述固定板层包括间隔设置且围成环的多个固定板，每个所述固定板的一侧边缘均与所述塔体的内壁连接，两层所述固定板层在所述塔体的长度方向上错位设置。
2.根据权利要求1所述的转盘萃取塔，其特征在于，所述转轴包括多段依次连接的连接轴，相邻两段所述连接轴通过变速器连接。
3.根据权利要求1所述的转盘萃取塔，其特征在于，多个所述转盘与多组所述固定板组错位是：沿所述转轴的延伸方向上相邻两个所述转盘之间设置有一组所述固定板组，或者相邻两组所述固定板组之间设置有一个所述转盘。
4.根据权利要求1所述的转盘萃取塔，其特征在于，所述固定板为扇形板，每层所述固定板层由至少两块所述扇形板组成；
优选地，每个所述扇形板与所述塔体连接的一侧边缘设置有贯穿所述扇形板的至少一个通槽；
优选地，所述通槽的数量为多个，多个所述通槽均匀设置于所述扇形板的边缘。
5.根据权利要求4所述的转盘萃取塔，其特征在于，所述通槽为矩形槽，所述矩形槽的长度小于或等于所述扇形板与所述塔体连接侧的弧长的0.25倍，宽度小于或等于0.5倍所述扇形板的宽度。
6.根据权利要求4所述的转盘萃取塔，其特征在于，每层所述扇形板围成的环的内径大于或等于0.5倍其外径。
7.根据权利要求1所述的转盘萃取塔，其特征在于，所述转盘的至少一面设置有多个导流板，每个所述导流板由所述转盘的中部向所述转盘的边缘延伸；
优选地，多个所述导流板在所述转盘上均匀间隔分布；
优选地，所述导流板的高度大于或等于1mm且小于等于0.25倍相邻两个所述转盘之间的距离。
8.根据权利要求7所述的转盘萃取塔，其特征在于，所述导流板的形状为直线型或弧形，所述导流板为弧形时，其凹面朝向与所述转轴的旋转方向相反。
9.根据权利要求1所述的转盘萃取塔，其特征在于，每组所述固定板组内的所述两层固定板层在轴向上的距离大于或等于1mm，且小于或等于0.5倍相邻两个所述转盘的距离。
10.如权利要求1～9任一项所述的转盘萃取塔在化工分离过程中的应用。
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