專利名稱：鼓泡篩板塔萃取方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油化工、濕法冶金、原子能化工等生產(chǎn)過(guò)程的方法，特別是一種在篩板萃取塔中引入氣體鼓泡技術(shù)的鼓泡篩板塔萃取方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
工業(yè)上，萃取技術(shù)已得到廣泛用，而萃取裝置的性能直接影響到生產(chǎn)過(guò)程的能耗和經(jīng)濟(jì)效益等。萃取設(shè)備的處理能力和設(shè)備效率是衡量設(shè)備性能的兩項(xiàng)最重要的指標(biāo)，二者往往難以兼顧。比如，脈沖填料塔、脈沖篩板塔等設(shè)備效率高，但通量小，限制了其應(yīng)用范圍；震動(dòng)篩板塔以其突出的高通量、高效率而得到廣泛應(yīng)用。但由于震動(dòng)篩板塔內(nèi)存在機(jī)械震動(dòng)和機(jī)械磨損，對(duì)機(jī)械強(qiáng)度有特殊要求，同時(shí)也給裝置大型化設(shè)計(jì)和維護(hù)帶來(lái)了困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種利用篩板萃取塔，采用由下而上的氣體鼓泡技術(shù)，一方面強(qiáng)化液-液兩相的接觸和傳質(zhì)，大幅度提高萃取過(guò)程效率，另一方面利用氣體上升過(guò)程中帶動(dòng)輕相液順利通過(guò)篩孔，顯著增大篩板萃取塔的處理能力的鼓泡篩板塔萃取方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種上述鼓泡篩板塔萃取方法所用設(shè)備。
本發(fā)明的鼓泡篩板塔萃取方法包括在篩板萃取塔內(nèi)，使重相液從塔的上方流入，經(jīng)過(guò)若干塊篩板后從塔的下方流出；輕相液從塔的下方流入，經(jīng)過(guò)若干塊篩板后從塔的上方流出；使氣體以0.5～80mm/s的空塔氣速?gòu)乃走M(jìn)入篩板萃取塔，通過(guò)分布器均勻地進(jìn)入萃取塔底部，經(jīng)過(guò)若干塊篩板后從塔的上方流出。氣體在塔內(nèi)迅速上升的過(guò)程中，一方面對(duì)液層進(jìn)行強(qiáng)烈沖擊和攪動(dòng)，并使分散相液滴不斷破碎，表面不斷更新，強(qiáng)化兩相的接觸和傳質(zhì)，顯著提高萃取過(guò)程傳質(zhì)效率；另一方面利用氣體的上升沖擊作用，帶動(dòng)輕相液克服表面張力作用，使其順利穿過(guò)篩孔，從而顯著增大篩板萃取塔的處理能力。
其中，所述氣體可以為空氣或惰性氣體。所述惰性氣體優(yōu)選為氮?dú)狻＜磳?duì)非易燃易爆體系，可以使用空氣作鼓泡氣體；對(duì)易燃易爆體系，應(yīng)使用氮?dú)獾榷栊詺怏w。
所述輕相液的密度應(yīng)為重相液密度的30～95％。
所述重相液和輕相液的總通量為10～100m3/m2h。
本發(fā)明的鼓泡篩板塔萃取方法所用設(shè)備為鼓泡篩板萃取塔，它包括塔體，塔體下部設(shè)有輕相液進(jìn)口，塔體上部設(shè)有輕相液出口；在輕相液出口的下方設(shè)有重相液進(jìn)口，在塔體底部設(shè)有重相液出口；在塔體下部還設(shè)有氣體進(jìn)口，以及與氣體進(jìn)口相連的設(shè)在塔內(nèi)的氣體分布器，在塔頂設(shè)有氣體出口；在氣體分布器與重相液進(jìn)口之間的塔內(nèi)設(shè)有若干塊篩板；在輕相液出口與重相液進(jìn)口之間的塔內(nèi)還設(shè)有填料層。
本發(fā)明的鼓泡篩板塔萃取方法所用設(shè)備還可以包括所述塔體下部的輕相液進(jìn)口和氣體進(jìn)口為同一進(jìn)口，并在塔內(nèi)設(shè)有與之相連的液體分布器。萃取時(shí)，先將氣體在塔前與輕相液混合，然后經(jīng)同一入口，一起從塔下部經(jīng)輕相液體分布器均勻地進(jìn)入萃取塔下部。所述液體分布器可為排管式液體分布器。
本發(fā)明的鼓泡篩板塔萃取方法所用設(shè)備還可以包括當(dāng)氣速較小時(shí)，在塔頂預(yù)留0.05-0.5m高度的氣液分離空間，即可實(shí)現(xiàn)氣液分離；這是因?yàn)樗脷馑佥^小，氣體從塔頂帶走的液體非常少，一般不需要配置專門(mén)的液滴回收設(shè)施。
當(dāng)氣相夾帶較嚴(yán)重時(shí)，在所述輕相液出口和所述氣體出口之間的塔內(nèi)設(shè)一用于捕捉、回收輕相液滴的除霧設(shè)施，如北京鋼研金屬填料聯(lián)合加工廠生產(chǎn)的絲網(wǎng)除霧器，以促使氣液分離，減少液體夾帶。所述除霧設(shè)施高為0.05～0.5m。
其中，所述篩板的板間距可為20～500mm；所述塔板周邊與塔壁之間允許存在0～3mm的間隙，但其間隙越小越好。
所述篩板可以包括無(wú)降液管的篩板和帶降液管的篩板。所述無(wú)降液管的篩板的篩孔直徑為φ6～20mm，開(kāi)孔率為20～70％；所述帶有降液管的篩板的篩孔直徑為φ1～10mm，開(kāi)孔率為1～40％，所述降液管底端與下方的篩板之間的距離為板間距的10～50％，且降液管或稱溢流管的截面積占塔截面積的5～35％。
本發(fā)明的鼓泡篩板塔萃取方法，達(dá)到了強(qiáng)化液-液兩相接觸與傳質(zhì)的目的，促使兩相順利通過(guò)篩孔，從而大幅度提高了萃取塔效率和處理能力。本發(fā)明設(shè)計(jì)的鼓泡篩板萃取塔，即是在篩板萃取塔中采用鼓泡技術(shù)，使氣體經(jīng)塔底氣體分布器均勻地進(jìn)入篩板萃取塔下部并在萃取塔內(nèi)迅速上升，一方面，對(duì)液層進(jìn)行強(qiáng)烈沖擊和攪動(dòng)，促使分散相液滴不斷破碎，表面不斷更新，強(qiáng)化兩相接觸與傳質(zhì)，大幅度提高萃取過(guò)程中的傳質(zhì)效率；另一方面，氣體帶動(dòng)輕相液克服表面張力作用，使之順利穿過(guò)篩孔，從而顯著增大篩板萃取塔的處理能力。本設(shè)備通量大，效率高；實(shí)施方法簡(jiǎn)單，操作彈性好；特別是采用大孔篩板時(shí)，抗堵性能好。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
附圖1是氣體單獨(dú)進(jìn)塔時(shí)用的鼓泡篩板萃取塔的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是氣體與輕相液混合進(jìn)塔時(shí)用的鼓泡篩板萃取塔的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，標(biāo)號(hào)1為塔體；標(biāo)號(hào)2為輕相液出口；標(biāo)號(hào)3為氣體出口；標(biāo)號(hào)4為絲網(wǎng)除霧器；標(biāo)號(hào)5為便于實(shí)現(xiàn)輕重兩液相分離的填料層；標(biāo)號(hào)6為重相液入口；標(biāo)號(hào)7為篩板及其篩孔；標(biāo)號(hào)8為氣體分布器；標(biāo)號(hào)9為輕相液進(jìn)口；標(biāo)號(hào)10為重相液出口；標(biāo)號(hào)11為塔頂氣體與輕相液體分離的空間；標(biāo)號(hào)12為氣體進(jìn)口；標(biāo)號(hào)13為降液管及其出口擋板；標(biāo)號(hào)14為氣體和輕相液共用的液體分布器；標(biāo)號(hào)15為用于氣體和輕相液共用的進(jìn)口；標(biāo)號(hào)16為帶降液管的篩板。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示的一種鼓泡篩板塔萃取方法所用設(shè)備為氣體單獨(dú)進(jìn)入的鼓泡篩板萃取塔，它包括塔體1，塔體下部設(shè)有輕相液進(jìn)口9，塔體上部設(shè)有輕相液出口2；在輕相液出口的下方設(shè)有重相液進(jìn)口6，在塔體底部設(shè)有重相液出口10；在塔體下部還設(shè)有氣體進(jìn)口12，以及與氣體進(jìn)口相連的設(shè)在塔內(nèi)的氣體分布器8，在塔頂設(shè)有氣體出口3；在所述輕相液出口2和所述氣體出口3之間的塔內(nèi)設(shè)一用于捕捉、回收輕相液滴的絲網(wǎng)除霧器4；在氣體分布器與重相液進(jìn)口之間的塔內(nèi)設(shè)有數(shù)塊無(wú)降液管的篩板7；在輕相液出口與重相液進(jìn)口之間的塔內(nèi)還設(shè)有填料層5。
如圖2所示的一種鼓泡篩板塔萃取方法所用設(shè)備為使氣體在塔前與輕相液體混合后經(jīng)同一進(jìn)口的鼓泡篩板萃取塔，它包括塔體1，塔體下部設(shè)有輕相液和氣體的同一進(jìn)口15，在塔內(nèi)設(shè)有與之相連的液體分布器14；塔體上部設(shè)有輕相液出口2；在輕相液出口的下方設(shè)有重相液進(jìn)口6，在塔體底部設(shè)有重相液出口10；在塔頂設(shè)有氣體出口3；并在塔頂預(yù)留0.05-0.5m高度的氣液分離空間11；在氣體分布器與重相液進(jìn)口之間的塔內(nèi)設(shè)有數(shù)塊帶有降液管的篩板16；在輕相液出口與重相液進(jìn)口之間的塔內(nèi)還設(shè)有填料層5。
其中，當(dāng)氣相夾帶較嚴(yán)重時(shí)，采用附圖1所示的篩板萃取塔，在塔內(nèi)輕相液出口之上增加一段高為0.2m的絲網(wǎng)除霧器4，以促使氣液分離，減少液體夾帶。
當(dāng)氣速較小時(shí)，采用附圖2所示的篩板萃取塔，在塔頂預(yù)留0.2m的氣液分離空間11，即可實(shí)現(xiàn)氣液分離。這是因?yàn)椋脷馑佥^小，氣體從萃取塔頂部所帶走的輕相液體量非常少，一般不需要配置專門(mén)的輕相液體回收裝置。
實(shí)施例實(shí)施例1煤油/苯甲酸—水—空氣體系，煤油、水比重分別為0.80、1.0，體系界面張力37.5mN/m，內(nèi)徑Φ50的鼓泡篩板萃取塔，篩板的篩孔直徑為φ10mm，開(kāi)孔率48％，無(wú)降液管，板間距50mm，塔板與塔之間有0.5mm的間隙。當(dāng)氣速為0、10.19、20.37、30.56、40.74、50.95m/h，油/水體積流量比＝1.1∶1時(shí)，煤油中苯甲酸質(zhì)量濃度為0.0018，塔的通量分別可達(dá)36、57、65、62、55、52m/h，即有鼓泡時(shí)的最大通量均大于無(wú)鼓泡(氣速為0)時(shí)的通量(36m/h)。煤油、水體積流速分別為22.63、20.37m/h，煤油中苯甲酸質(zhì)量濃度為0.001839kg(苯甲酸)/kg(煤油)，水相無(wú)溶質(zhì)，氣速為0、10.19、20.37、30.56、40.74、50.95m/h時(shí)，水相出口苯甲酸質(zhì)量濃度分別為0.00017、0.00028、0.00050、0.00061、0.00070、0.00076，即隨著氣速增大，水中苯甲酸濃度越來(lái)越高，說(shuō)明萃取效率越來(lái)越好。
實(shí)施例2煤油/苯甲酸—水—空氣體系，煤油、水比重分別為0.80、1.0，體系界面張力37.5mN/m，內(nèi)徑Φ50的鼓泡篩板萃取塔，篩板的篩孔直徑為φ14mm，開(kāi)孔率50％，無(wú)降液管，板間距50mm，塔板與塔之間有0.5mm的間隙。當(dāng)氣速為0、10.19、20.37、30.56、40.74、50.95m/h，煤油/水體積流量比＝1.1∶1時(shí)，煤油中苯甲酸質(zhì)量濃度為0.0018，塔的通量分別可達(dá)50、80、90、86、77、72m/h，即有鼓泡時(shí)的最大通量均大于無(wú)鼓泡(氣速為0)時(shí)的通量(50m/h)。煤油、水體積流速分別為14.0、12.73m/h，煤油中苯甲酸濃度為0.001817kg(苯甲酸)/kg(煤油)，水相無(wú)溶質(zhì)，氣速為0、10.19、20.37、30.56、40.74、50.95m/h時(shí)，水相出口苯甲酸質(zhì)量濃度分別為0.000131、0.0001834、0.000296、0.000463、0.000518、0.000613，即隨著氣速增大，水中苯甲酸濃度越來(lái)越高，說(shuō)明萃取效率越來(lái)越好。
實(shí)施例3醋酸丁酯/醋酸—水—空氣體系，醋酸丁酯、水比重分別為0.87、1.0，體系界面張力9.6mN/m，內(nèi)徑Φ50的鼓泡篩板萃取塔，篩板的篩孔直徑為φ10mm，開(kāi)孔率48％，無(wú)降液管，板間距50mm，塔板與塔之間有0.5mm的間隙。當(dāng)氣速為0、10.19、20.37、30.56、40.74、50.95m/h，醋酸丁酯/水體積流量比＝1.1∶1時(shí)，醋酸丁酯中醋酸質(zhì)量濃度為0.0303，塔的通量分別可達(dá)45、58.5、54、54、54、49.5m/h，即有鼓泡時(shí)的最大通量均大于無(wú)鼓泡(氣速為0)時(shí)的通量(45m/h)。醋酸丁酯、水體積流速分別為20.16、7.13m/h，醋酸丁酯中醋酸質(zhì)量濃度為0.0303kg(醋酸)/kg(醋酸丁酯)，水相無(wú)溶質(zhì)，氣速為0、10.19、20.37、30.56、40.74、50.95m/h時(shí)，水相出口苯甲酸質(zhì)量濃度分別為0.0322、0.0449、0.0470、0.0488、0.0502、0.0520，即隨著氣速增大，水中醋酸濃度越來(lái)越高，說(shuō)明萃取效率越來(lái)越好。
權(quán)利要求
1.一種鼓泡篩板塔萃取方法，其特征是在篩板萃取塔內(nèi)，使重相液從塔的上方流入，經(jīng)過(guò)若干塊篩板后從塔的下方流出；輕相液從塔的下方流入，經(jīng)過(guò)若干塊篩板后從塔的上方流出；使氣體以0.5～80mm/s的空塔氣速?gòu)乃走M(jìn)入篩板萃取塔，通過(guò)分布器均勻地進(jìn)入萃取塔底部，經(jīng)過(guò)若干塊篩板后從塔的上方流出。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述氣體為空氣或惰性氣體。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述惰性氣體為氮?dú)狻?br> 4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述輕相液的密度應(yīng)為重相液密度的30～95％。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述重相液和輕相液的總通量為10-100m3/m2h。
6.一種如權(quán)利要求1～5之一的鼓泡篩板塔萃取方法所用設(shè)備，其特征是包括塔體，塔體下部設(shè)有輕相液進(jìn)口，塔體上部設(shè)有輕相液出口；在輕相液出口的下方設(shè)有重相液進(jìn)口，在塔體底部設(shè)有重相液出口；在塔體下部還設(shè)有氣體進(jìn)口，以及與氣體進(jìn)口相連的設(shè)在塔內(nèi)的氣體分布器，在塔頂設(shè)有氣體出口；在氣體分布器與重相液進(jìn)口之間的塔內(nèi)設(shè)有數(shù)塊篩板；在輕相液出口與重相液進(jìn)口之間的塔內(nèi)還設(shè)有填料層。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征是還包括所述塔體下部的輕相液進(jìn)口和氣體進(jìn)口為同一進(jìn)口，并在塔內(nèi)設(shè)有與之相連的液體分布器。
8.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征是還包括當(dāng)氣速較小時(shí)，在塔頂預(yù)留0.05-0.5m高度的氣液分離空間。
9.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征是當(dāng)氣相夾帶較嚴(yán)重時(shí)，在所述輕相液出口和所述氣體出口之間的塔內(nèi)設(shè)一小段除霧設(shè)施；所述除霧設(shè)施高為0.05～0.50m。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征是所述除霧設(shè)施為絲網(wǎng)除霧器。
11.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征是所述篩板的板間距為20～500mm；所述塔板周邊與塔壁之間允許存在0～3mm的間隙。
12.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征是所述篩板包括無(wú)降液管的篩板和帶降液管的篩板；所述無(wú)降液管的篩板的篩孔直徑為φ6～20mm，開(kāi)孔率為20～70％；所述帶有降液管的篩板的篩孔直徑為φ1～10mm，開(kāi)孔率為1～40％，所述降液管底端與下方的篩板之間的距離為板間距的10～50％，且降液管或稱溢流管的截面積占塔截面積的5～35％。
全文摘要
本發(fā)明為一種鼓泡篩板塔萃取方法及其所用設(shè)備。本方法包括使重相液從塔的上方流入，經(jīng)若干塊篩板從塔下方流出；輕相液從塔的下方流入，經(jīng)若干塊篩板從塔的上方流出；使氣體從塔底通過(guò)分布器均勻地進(jìn)入萃取塔底部，經(jīng)篩板后從塔的上方流出。本設(shè)備包括塔體下部的輕相液進(jìn)口、氣體進(jìn)口、重相液出口，塔體上部設(shè)有輕相液出口、重相液進(jìn)口、氣體出口；以及塔內(nèi)的氣體分布器、篩板、填料層、除霧設(shè)施。本發(fā)明的方法，達(dá)到了強(qiáng)化液－液兩相接觸與傳質(zhì)的目的，促使兩相順利通過(guò)篩孔，從而大幅度提高了萃取塔效率和處理能力。本發(fā)明的設(shè)備通量大，效率高；實(shí)施方法簡(jiǎn)單，操作彈性好；特別是采用大孔篩板時(shí)，抗堵性能好，適用于各種常、中、高壓萃取體系。
文檔編號(hào)B01D11/00GK1524602SQ0310534
公開(kāi)日2004年9月1日 申請(qǐng)日期2003年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月25日
發(fā)明者熊杰明 申請(qǐng)人:北京石油化工學(xué)院