CN114602212B - 一种吸附式萃取塔 - Google Patents

Abstract

一种吸附式萃取塔，包括塔体，塔体中设有对液体进行破碎的破碎装置，塔体从顶部到底部依次设有轻相出口、重相入口、轻相入口和重相出口，重相入口和所述轻相入口之间的塔体内竖向间隔分布有若干个用于对液体进行多级萃取的吸附装置一，所述吸附装置一包括多个呈竖向设置的上行件和下行件，所述上行件中设有轻相吸附层，所述下行件中设有重相吸附层。本发明通过多个设置上行件和下行件的吸附装置一，能够对液体进行多级萃取，并实现了萃取轻相与萃取重相的分流以及单向流动，降低了萃取过程中的返混率，耦合搅拌盘旋转所具有的高传质性，提高了萃取效率。

Description

一种吸附式萃取塔

技术领域

本发明涉及液液萃取分离技术领域，具体涉及一种吸附式萃取塔。

背景技术

萃取塔作为一种工业用液分离设备，因为其具有独特的分离特性以及分离效果，在化工、石化、医药、冶金、核工业、食品、环保等行业得到广泛的应用。为了优化萃取塔的萃取性能，工业上开发了不同类型的萃取塔，其中以筛板萃取塔、填料萃取塔、往复筛板萃取塔、转盘萃取塔、脉冲萃取塔应用较为广泛。但传统萃取塔均存在因为返混而导致萃取效率降低的缺点。返混导致萃取效率降低，为了获得一定的产品纯度和萃取回收率，目前工业上不得不提高萃取溶剂比或采用多级萃取。但因此带来的问题是：提高萃取溶剂比导致萃取剂回收工段运行负荷增加；采用多级萃取直接导致设备投资增加、占地面积增多以及操作复杂性提高。

此外，在钴镍冶金、稀土冶金、核工业冶金等行业中，常采用萃取法获取高纯度的金属离子。但萃取过程常采用萃取槽，而很少采用萃取塔进行萃取分离，究其主要原因，是待萃取分离的金属离子差异性小，萃取塔产生的返混所导致的萃取效率低，使金属离子无法实现有效分离，因此行业内常采用由数十个单元萃取槽独立串联而形成多级萃取，以降低返混对萃取效果的影响。但该萃取方式同样面临占地面积巨大、操作复杂等问题。

CN105498284B公开了一种用于液液非均相分离的萃取塔，包括萃取塔塔底分离室，萃取塔塔顶分离室、塔体、重相进料分布器、轻相进料分布器，萃取塔塔底分离室与塔体底端相连，萃取塔塔顶分离室与塔体顶端相连，重相进料分布器安装于塔体顶部，轻相进料分布器安装于塔体底部，其特征在于，塔体内分布有萃取塔盘，萃取塔盘包括连接筋板、上部分布盘、 降液结构，连接筋板安装于塔体内侧的支撑上，上部分布盘通过塔圈安装于连接筋板上方，与连接筋板和塔体合围成一个空间，降液结构贯通安装于连接筋板和上部分布盘上。本技术方案主要侧重于优化分散效果，即提升传质过程，但对如何实质性的降低返混率缺少系统性考虑，只是提到了通过设置聚结填料，减少了液液返混的区域，这与传统填料萃取塔内设置的填料对返混的影响并无区别，虽然设置填料可以避免液体波动之间的相互干扰，一定程度降低返混率，但导致返混产生的填料内部流通通道依然存在，使返混率降低效果有限。

CN204502460U公开了一种改进的转盘萃取装置，包括塔体、位于塔体顶部的电机、与电机连接的旋转轴，所述塔体顶部设有轻相出口和重相进口，底部设有轻相进口和重相出口，所述轻相进口通过管路依次与轻相输送泵和轻相储罐连接，所述轻相出口通过管路与轻相收集罐连接，所述重相进口通过管路依次与重相输送泵和重相储罐连接，所述重相出口通过管路与重相收集罐连接，所述旋转轴位于所述塔体内，所述塔体内部设有若干圆环隔板，所述旋转轴穿过所述圆环隔板的中心，所述两块相邻的圆环隔板之间的空间内设有涡轮萃取转盘，所述涡轮萃取转盘与所述旋转轴连接。本技术方案通过设置转盘提升了分散传质效果，转盘的高速分散导致返混加剧，但仅通过设置圆环隔板用于降低返混率，圆环隔板上的开孔不能阻止上下层液体互串，导致返混产生的流通通道依然存在，使返混率降低效果有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种能降低萃取过程中的返混率、提高萃取效率的吸附式萃取塔。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种吸附式萃取塔，包括塔体，所述塔体中设有对液体进行破碎的破碎装置，所述塔体从顶部到底部依次设有轻相出口、重相入口、轻相入口和重相出口，所述重相入口和所述轻相入口之间的塔体内竖向间隔分布有若干个用于对液体进行多级萃取的吸附装置一，所述吸附装置一包括多个呈竖向设置的上行件和下行件，所述上行件中设有轻相吸附层，所述下行件中设有重相吸附层，所述上行件以吸附的方式使液体中的轻相向上流通并阻隔液体中的重相流通，所述下行件以吸附的方式使液体中的重相向下流通并阻隔液体中的轻相流通。

进一步，所述破碎装置用于对液体进行破碎，其设于吸附装置一的上下两侧。

进一步，所述破碎装置包括多个搅拌盘、设于所述塔体顶部的驱动件，所述的多个搅拌盘设于所述吸附装置一的上下两侧，所述驱动件连接有依次贯穿所述吸附装置一的转轴（32），所述驱动件通过所述转轴与多个搅拌盘连接并能驱动所述的多个搅拌盘同步转动。

进一步，所述上行件和所述下行件之间的间隙通过密封件密封，上行件流通截面积之和与下行件流通截面积之和的比值与萃取溶剂体积比相同。

进一步，所述上行件和所述下行件的内部均设有通道，所述上行件的上部设有用于粘接所述轻相吸附层的盒体，所述下行件的下部设有用于粘接所述重相吸附层的盒体。

进一步，所述轻相吸附层中填充有亲油型吸附材料，所述重相吸附层中填充有亲水型吸附材料。

进一步，所述塔体的内壁上设有用于承托和定位所述吸附装置一的支撑座。

进一步，所述塔体以可拆卸的方式连接有塔顶。

进一步，所述重相入口和轻相入口均通过环形分布器与所述塔体的内腔连通，与重相入口连接的环形分布器开口朝下，与轻相入口连接的环形分布器开口朝上。

进一步，所述轻相出口与所述重相入口之间的塔体内设有吸附装置二，所述吸附装置二包括多个竖向设置的上行件，所述轻相入口和所述重相出口之间的塔体内设有吸附装置三，所述吸附装置三包括多个竖向设置的下行件。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过设置多个由上行件和下行件组成的吸附装置，能够实现对液体进行多级萃取，在保障上行件通过萃取轻相的同时阻隔萃取重相通行，在保障下行件通过萃取重相的同时阻隔萃取轻相通行，实现了萃取轻相与萃取重相的分流以及单向流动，降低了萃取过程中的返混率；耦合搅拌盘旋转所具有的高传质性，提高了萃取效率，降低了设备成本。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1中吸附装置一的结构示意图；

图3为图2中吸附装置一内萃取介质的流动原理示意图。

图中：1、塔体；11、轻相出口；12、重相入口；13、轻相入口；14、重相出口；15、支撑座；16、塔顶；17、环形分布器；18、人孔；2、吸附装置一；21、上行件；211、轻相吸附层；212、盒体；22、下行件；221、重相吸附层；3、搅拌盘；31、驱动件；32、转轴；4、吸附装置二；5、吸附装置三。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

参照附图1-3，本实施例包括塔体1，塔体1中设有对液体进行破碎的破碎装置，塔体1从顶部到底部依次设有轻相出口11、重相入口12、轻相入口13和重相出口14，重相入口12和轻相入口13之间的塔体1内以可拆卸的方式竖向间隔分布有多个用于对液体进行多级萃取的吸附装置一2，吸附装置一2包括多个呈竖向设置的上行件21和下行件22，上行件21中设有轻相吸附层211，轻相吸附层211以吸附的方式使液体中的轻相向上流通并阻隔液体中的重相流通，下行件22中设有重相吸附层221，重相吸附层221以吸附的方式使液体中的重相向下流通并阻隔液体中的轻相流通。

由于萃取重相与萃取轻相不互溶而相互排斥，上行件21中分层后形成的萃取重相无法通过萃取轻相所在区域，在上行件21的顶部形成聚集着萃取轻相的阻隔式区域，在上行件21中分层后形成的少量萃取轻相会被吸附在阻隔式区域附近，随着阻隔式区域底部聚集的萃取轻相越来越多，萃取轻相形成的浮力越来越大，萃取轻相可以比较顺畅的从聚集着萃取轻相的阻隔式区域向上通过；

下行件22中分层后形成的萃取轻相无法通过萃取重相所在区域，在下行件22的底部吸附材料盒区域形成的聚集着萃取重相的阻隔式区域。萃取轻相与吸附材料盒区域形成的聚集着萃取重相的阻隔式区域相排斥，因此，萃取轻相也无法从下行件22自上往下流动。此外，因为在下行件22的底部形成聚集着萃取重相的阻隔式区域，在下行件22中分层后形成的少量萃取重相会被吸附在阻隔式区域附近，随着阻隔式区域顶部聚集的萃取重相越来越多，萃取重相形成的重力越来越大，萃取重相可以比较顺畅的从聚集着萃取重相的阻隔式区域向下通过，确保下行件22只通过萃取重相，同时阻隔萃取轻相的通行。

多个吸附装置一2的上下两侧均设有用于对液体进行多级破碎的破碎装置。破碎装置的附近形成破碎传质区域，在塔体1的内腔内交错形成了严格意义上破碎传质区域和静置分层区域的界线，便于解决萃取塔内的返混问题。以上提到的破碎传质区域指任意两个吸附装置（含吸附装置一2、吸附装置二4、吸附装置三5）之间的区域，静置分层区域指吸附装置一2的内部腔体空间区域。

破碎装置包括搅拌盘3、设于塔体1上的驱动件31，搅拌盘3设于吸附装置一2的上下两侧，驱动件31连接有依次贯穿吸附装置一2的转轴32，驱动件31通过转轴32与多个搅拌盘3连接并能驱动多个搅拌盘3同步转动。塔体1中交错式的布置吸附装置一2和搅拌盘3，将塔体1的内腔分隔成破碎传质区域和静置分层区域，即提高了萃取过程中两相传质的充分性，又提高了静置分层的抗干扰性。

以塔体1的内腔中间位置某一级破碎传质区域为对象进行介绍，塔顶16设置的驱动件31即电机，电机带动设置在塔体1的内腔的转轴32高速旋转，转轴32上安装有搅拌盘3，搅拌盘3跟随转轴32一起高速旋转。从塔体1的塔底方向来的上一级萃取轻相穿过吸附装置一2进入到本级破碎传质区域中，同理，从塔顶16方向来的上一级萃取重相穿过吸附装置一2进入到本级破碎传质区域中。在本级搅拌盘3的高速分散作用下，萃取轻相与萃取重相实现再破碎、再分离、再传质。与传统萃取塔塔板、填料、脉冲、超声等破碎方式相比，搅拌盘3分散方式具有搅拌充分、传质面积大、无传质死角、传质效率高等优点，这也是本实施例优先采用搅拌盘3的原因。

搅拌盘3的转速主要受萃取体系的溶解度差异性、界面张力差异性、密度差异性等因素的影响。当萃取体系的溶解度差异性大、界面张力差异性大、密度差异性大时，萃取相更易快速聚集与分层，导致萃取相与被萃取相的接触时间和接触面积小，进而影响萃取效果，因此针对这种萃取体系，采用相对较高转盘转速可以提高萃取效果。但当转轴32转速很快时，破碎传质区域中液体扰动较大，为了避免对静置分层区域的影响，这时可以有针对性的缩小上行件21和下行件22通道的直径大小，或在静置分层区域内增设一些分布板。同理，当萃取体系的溶解度差异性小、界面张力差异性小、密度差异性小时，萃取相更难快速聚集与分层，萃取相与被萃取相的接触时间和接触面积大，提高转速对提高萃取效果的影响有限，因此针对这种萃取体系，一般采用相对较低转轴32转速。

上行件21和下行件22呈交错式分布并拼合形成管束状，上行件21和下行件22之间的间隙通过密封件密封，避免了液体从间隙中流过。上行件21流通截面积之和与下行件22流通截面积之和的比值与萃取溶剂体积比相同。

上行件21和下行件22的内部均为微小通道，通道的直径一般为15mm～80mm，上行件21的上部以可拆卸的方式设有用于粘接轻相吸附层211的盒体212，下行件22的下部以可拆卸的方式设有用于粘接重相吸附层221的盒体212，盒体212镶嵌在上行件21或下行件22的内部，盒体212的设置是便于快速从上行件21或下行件22中取出，进行定期的清洗或更换。吸附装置一2的内部形成静置分层区域，上行件21和下行件22均具有一定的竖向高度，其管状结构内部微小通道中的液体流动阻力增加，有效减少了破碎传质区域中的液体扰动对静置分层区域两相分层的干扰。以塔体1的内腔中间位置某一级静置分层区域为对象进行介绍，塔体1某一级的静置分层功能是在相对应这一级的吸附装置一2内实现的。为了避免破碎传质区域中的液体扰动对静置分层区域两相分层的干扰，上行件21和下行件22为一系列一定尺寸宽度的微小通道（圆形、方形等）并拼合而形成管，管束尺寸相对比较细小狭长，液体在里面的波动性受限，降低了分层两相因为液体波动而带来的再分散影响，提升了静置分层区域的萃取效果。经过吸附装置一2分层后，分层后的萃取轻相朝塔顶16方向单向流动，进入到下一级破碎传质区域中；分层后的萃取重相朝塔底方向逆流单向流动，进入到下一级破碎传质区域中。吸附装置一2可实现萃取轻相和萃取重相的分流以及单向流动，降低了萃取过程中的返混率。

经过反复多级破碎传质与静置分层后，可充分的萃取萃取重相中的溶质，高效的完成萃取过程。萃取有溶质的萃取轻相从塔顶16的萃取轻相出口11溢流流出、被分离出溶质的萃取重相从塔底自流流出。

轻相吸附层211中填充有亲油型吸附材料，重相吸附层221中填充有亲水型吸附材料。本实施例所提到的“亲油型”吸附材料指的是对萃取轻相有很强的吸附能力，而对萃取重相有很强的排斥性的吸附材料；本实施例所提到的“亲水型”吸附材料指的是对萃取重相有很强的吸附能力，而对萃取轻相有很强的排斥性的吸附材料。

塔体1的内壁上设有用于承托和定位吸附装置一2的支撑座15，便于后续的检修与更换。

塔体1以可拆卸的方式连接有塔顶16，连接方式为法兰式连接，塔体1上设有人孔18，便于后续对塔体1内部件的检修与更换。

重相入口12通过多个开口朝下设置的环形分布器17连通于塔体1的内腔，轻相入口13通过多个开口朝上设置的环形分布器17连通于塔体1的内腔。萃取轻相入口13与萃取重相入口12均与环形分布器17连接，便于进料分布均匀且避免与塔内设置的转轴32发生干扰；与萃取轻相连接的环形分布器17开口朝上，与萃取重相连接的环形分布器17开口朝下。

轻相出口11和重相入口12之间设有吸附装置二4，吸附装置二4包括由多个呈竖向设置的上行件21；轻相入口13和重相出口14之间设有吸附装置三5，吸附装置三5包括多个呈竖向设置的下行件22。传统萃取塔塔体1的上部存在萃取轻相与萃取重相分界面，分界面随萃取物料流量、组成、萃取效果波动很大，界位高度需要单独设置系统进行控制且难以控制，导致部分萃取重相未被萃取就直接从塔顶16萃取轻相出口11流出，影响萃取效果。

吸附装置二4由上行件21构成，上行件21只通过萃取轻相，确保塔顶16处只存在萃取轻相，萃取轻相直接通过塔顶16的轻相出口11溢流流出即可，解决了传统萃取塔塔顶16中萃取轻相与萃取重相的分界面随萃取物料流量、组成、萃取效果波动大，界位高度需要单独设置系统进行控制的问题，避免了部分萃取重相未被萃取就直接从塔顶16萃取轻相出口11流出，影响萃取效果。

吸附装置三5由下行件22构成，下行件22只通过萃取重相，确保塔底处只存在萃取重相，萃取重相直接通过塔体1底部的重相出口14自流流出即可，解决了传统萃取塔塔底萃取轻相与萃取重相分界面随萃取物料流量、组成、萃取效果波动大，界位高度需要单独设置系统进行控制且难以控制的问题，避免了部分萃取轻相未萃取就直接从塔底萃取重相出口14流出，影响萃取效果。本实施例通过设置吸附装置二4和吸附装置三5，整体上提升了萃取分离效果，提高了操作的稳定性和降低了操作的复杂性。

本实施例通过优化萃取塔结构，实现萃取效率的提升，其本质主要为实现两个目的：（1）优化传质过程；（2）降低返混率。传统的转盘萃取塔采用搅拌盘可以提升传质过程，但搅拌过程会导致返混率升高（搅拌速度越快，返混率越高），影响最终萃取效果，高返混率是影响转盘萃取塔市场占有率的一个主要因素。本实施例的吸附式萃取塔在传统转盘萃取塔的基础上，引入吸附装置（含吸附装置一2、吸附装置二4、吸附装置三5），能够实现对液体进行多级萃取，在保障上行件21通过萃取轻相的同时阻隔萃取重相通行，在保障下行件22通过萃取重相的同时阻隔萃取轻相通行，实现了萃取轻相与萃取重相的分流以及单向流动，降低了萃取过程中的返混率，耦合搅拌盘旋转所具有的高传质性，使本吸附式萃取塔具有高萃取效率的特点。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种吸附式萃取塔，包括塔体（1），所述塔体（1）中设有对液体进行破碎的破碎装置，所述塔体（1）从顶部到底部依次设有轻相出口（11）、重相入口（12）、轻相入口（13）和重相出口（14），其特征在于：所述重相入口（12）和所述轻相入口（13）之间的塔体（1）内竖向间隔分布有若干个用于对液体进行多级萃取的吸附装置一（2），所述吸附装置一（2）包括多个呈竖向设置的上行件（21）和下行件（22），所述上行件（21）中设有轻相吸附层（211），所述下行件（22）中设有重相吸附层（221），所述上行件（21）以吸附的方式使液体中的轻相向上流通并阻隔液体中的重相流通，所述下行件（22）以吸附的方式使液体中的重相向下流通并阻隔液体中的轻相流通。

2.根据权利要求1所述的吸附式萃取塔，其特征在于：所述破碎装置用于对液体进行破碎，其设于吸附装置一（2）的上下两侧。

3.根据权利要求2所述的吸附式萃取塔，其特征在于：所述破碎装置包括多个搅拌盘（3）、设于所述塔体（1）顶部的驱动件（31），所述的多个搅拌盘（3）设于所述吸附装置一（2）的上下两侧，所述驱动件（31）连接有依次贯穿所述吸附装置一（2）的转轴（32），所述驱动件（31）通过所述转轴（32）与多个搅拌盘（3）连接并能驱动所述的多个搅拌盘（3）同步转动。

4.根据权利要求1-3之一所述的吸附式萃取塔，其特征在于：所述上行件（21）和所述下行件（22）之间的间隙通过密封件密封，上行件（21）流通截面积之和与下行件（22）流通截面积之和的比值与萃取溶剂体积比相同。

5.根据权利要求1-3之一所述的吸附式萃取塔，其特征在于：所述上行件（21）和所述下行件（22）的内部均设有通道，所述上行件（21）的上部设有用于粘接所述轻相吸附层（211）的盒体（212），所述下行件（22）的下部设有用于粘接所述重相吸附层（221）的盒体（212）。

6.根据权利要求1-3之一所述的吸附式萃取塔，其特征在于，所述轻相吸附层（211）中填充有亲油型吸附材料，所述重相吸附层（221）中填充有亲水型吸附材料。

7.根据权利要求1-3之一所述的吸附式萃取塔，其特征在于：所述塔体（1）的内壁上设有用于承托和定位所述吸附装置一（2）的支撑座（15）。

8.根据权利要求1-3之一所述的吸附式萃取塔，其特征在于：所述塔体（1）以可拆卸的方式连接有塔顶（16）。

9.根据权利要求1-3之一所述的吸附式萃取塔，其特征在于：所述重相入口（12）和轻相入口（13）均通过环形分布器（17）与所述塔体（1）的内腔连通，与重相入口（12）连接的环形分布器（17）开口朝下，与轻相入口（13）连接的环形分布器（17）开口朝上。

10.根据权利要求1-3之一所述的吸附式萃取塔，其特征在于：所述轻相出口（11）与所述重相入口（12）之间的塔体（1）内设有吸附装置二（4），所述吸附装置二（4）包括多个竖向设置的上行件（21），所述轻相入口（13）和所述重相出口（14）之间的塔体（1）内设有吸附装置三（5），所述吸附装置三（5）包括多个竖向设置的下行件（22）。

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